31957

تبديل كربن دي اكسيد به متان با استفاده از كاتاليزور¬هاي بر پايه زئوليت¬هاي سنتز شده از باطله زغال سنگ و حذف آلاينده¬هاي روغني و حلال¬هاي آلي از محيط¬هاي آبي با استفاده از اسفنج¬هاي تجاري اصلاح شده

دكتري

شيمي تجزيه

1398

1403/10/23

دكتر منصور انبياء

بدون استاد مشاور

شيمي

تبديل كربن دي اكسيد به متان، از طريق واكنش ساباتيه، يكي از روش¬هاي بهره¬برداري از اين گاز گلخانه¬اي مي¬باشد. نيكل يكي از فلزهاي پرمصرف در تهيه كاتاليزور¬هاي مورد استفاده در اين فرآيند است و مواد زئوليتي نيز بطور گسترده¬اي به عنوان پايه كاتاليزور در اين واكنش، مورد مطالعه قرار گرفته¬اند. باطله زغال سنگ، يك پسماند جامد حاصل از استخراج زغال سنگ است. SiO2 و Al2O3 تركيبات اصلي موجود در اين پسماند صنعتي هستند كه مي¬توانند در سنتز انواع زئوليت¬ها مورد استفاده قرار گيرند. در اين رساله، زئوليت¬هاي LTA-5A و FAU-13X، براي اولين بار از باطله¬هاي زغال سنگ معادن ايران، سنتز شدند و از آن¬ها به عنوان پايه، براي تهيه كاتاليزور¬هاي داراي مقادير مختلفي از نيكل، استفاده شد. همچنين، نقش فلز ايتريوم در ارتقاء عملكرد كاتاليزورهاي تهيه شده بر پايه زئوليت FAU-13X، مورد بررسي قرار گرفت. بررسي عملكرد كاتاليزورهاي مورد نظر در فرآيند تبديل كربن دي اكسيد به متان نشان داد كه از ميان كاتاليزور¬هاي بر پايه زئوليت LTA-5A، كاتاليزور داراي 15% نيكل، بهترين عملكرد را در تبديل كربن دي اكسيد (7ر1 ± 7ر72%) و انتخاب پذيري متان (8ر1 ± 2ر91%) در دماي ˚C 450 داشته است. در مورد كاتاليزور¬هاي تهيه شده بر پايه زئوليت FAU-13X، كاتاليزور داراي 15% نيكل و 3% ايتريوم، بهترين عملكرد را در تبديل كربن دي اكسيد (3ر1 ± 3ر84%) و انتخاب پذيري متان (7ر1 ± 4ر98%) در دماي ˚C 450 به نمايش گذاشت. بطور كلي، تحقيقات انجام گرفته در اين رساله نشان دادند كه استفاده از باطله زغال سنگ به عنوان منبع اوليه سيليسيم و آلومينيوم براي تهيه كاتاليزور¬هاي فعال در تبديل كربن دي اكسيد به متان، علاوه بر كاهش مشكل انباشت اين پسماند صنعتي، مي¬تواند تأثير مثبتي در توليد محصولاتي با ارزش افزوده و كاهش مشكل انتشار گاز¬هاي گلخانه¬اي داشته باشد. اين رساله همچنين شامل تحقيقي در زمينه جداسازي آلاينده¬هاي روغني و حلال¬هاي آلي از آب با استفاده از اسفنج‌هاي فوق آبگريز اصلاح شده مي¬باشد. در اين مطالعه، نانوذرات سيليسيم دي اكسيد و وينيل تري متوكسي سيلان براي ساخت اسفنج پلي يورتان با ويژگي‌هاي منحصر به فرد (زاويه تماس آب ˚06ر1±32ر151) به كار رفته است. اسفنج تهيه شده، قابليت جذب بسيار بالايي را (50ر30 تا 80ر66 برابر وزن خود) براي آلاينده‌هاي روغني و حلال‌هاي آلي از پساب‌هاي صنعتي نشان مي‌دهد. جزئيات بيشتر درباره اين بخش از تحقيقات، نتايج و تحليل آن¬ها، در پيوست اين رساله ارائه شده است.

1403/11/10

Conversion of Carbon Dioxide to Methane using Zeolite-Based Catalysts Synthesized from Coal Gangue and Removal of Oily Pollutants and Organic Solvents from Aqueous Environments using Modified Commercial Sponges

1/12/2026 12:00:00 AM

The conversion of carbon dioxide to methane via the Sabatier reaction is one of the methods for exploiting this greenhouse gas. Nickel is one of the most widely used metals in the preparation of catalysts used in this process, and zeolite materials have also been widely studied as catalyst support in this reaction. Coal gangue is a solid waste from coal mining. SiO2 and Al2O3 are the main compounds in this industrial waste that can be used to synthesize various zeolites. In this thesis, LTA-5A and FAU-13X zeolites were synthesized for the first time from coal gangue from Iranian mines and were used as a support to prepare catalysts with different amounts of nickel. Also, the role of yttrium metal in improving the performance of catalysts prepared based on FAU-13X zeolite was investigated. The performance of the catalysts in the process of converting carbon dioxide to methane showed that among the catalysts based on LTA-5A zeolite, the catalyst containing 15% nickel had the best performance in carbon dioxide conversion (72.7 ± 1.7%) and methane selectivity (91.2 ± 1.8%) at 450 °C. In the case of catalysts prepared based on FAU-13X zeolite, the catalyst containing 15% nickel and 3% yttrium exhibited the best performance in carbon dioxide conversion (84.3 ± 1.3%) and methane selectivity (98.4 ± 1.7%) at 450 °C. In general, the research conducted in this thesis showed that using coal gangue as the primary source of silicon and aluminum for preparing active catalysts in the conversion of carbon dioxide to methane, in addition to reducing the problem of accumulation of this industrial waste, can have a positive effect on the production of value-added products and reducing the problem of greenhouse gas emissions. This thesis also includes a study on separating oily pollutants and organic solvents from water using modified superhydrophobic sponges. This study used silica nanoparticles and vinyl trimethoxysilane to fabricate polyurethane sponges with unique properties (water contact angle = 151.32±1.06˚). The prepared sponge shows a very high adsorption capacity (30.50 to 66.80 times its weight) for oily pollutants and organic solvents from industrial wastewater. More details about this part of the research are provided in the appendix of this thesis.

كربن دي اكسيد , واكنش ساباتيه , زئوليت , باطله زغال سنگ , اسفنج پلي يورتان , فوق آبگريز , جداسازي روغن/آب

Carbon dioxide , Sabatier reaction , Zeolite , Coal gangue , Polyurethane sponge , Superhydrophobic , Oil/water separation

soheil bahraminia

prof. mansoor anbia