شماره ركورد
34008
پديد آورنده
پري ناز قليان محمدي
عنوان
تبديل سولفيد روي مستعمل به اكسيد روي با خواص بافتي مناسب براي جذب سولفيد هيدروژن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي-ترموسينتيك وكاتاليست
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/07/27
استاد راهنما
دكتر امين بازياري
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي شيمي،نفت وگاز
چكيده
گاز سولفيد هيدروژن (H₂S) به عنوان آلايندهاي سمي، خورنده و با اثرات مخرب زيستمحيطي در صنايع نفت، گاز و پتروشيمي، چالشهاي جدي اقتصادي، ايمني و زيستمحيطي ايجاد ميكند. اين پژوهش بر سنتز و بهينهسازي نانوذرات اكسيد روي (ZnO) به عنوان جاذب كارآمد براي حذف H₂S از طريق روش خشك تمركز دارد. اهداف اصلي شامل تبديل سولفيد روي (ZnS) به ZnO از طريق اكسيداسيون حرارتي در دماهاي °C 600-900 براي گوگردزدايي، بررسي تأثير دما بر ويژگيهاي ساختاري محصول، و بهينهسازي شيميايي ZnO حاصل از طريق واكنش با 079K با استفاده از طراحي سطح پاسخ (RSM) براي افزايش سطح ويژه و حجم حفرهها بهمنظور بهبود نفوذپذيري و ظرفيت جذب است. روششناسي تجربي شامل اكسيداسيون حرارتي ZnS به ZnO در دماهاي مختلف، و سپس سنتز نانوساختاري محصول از طريق رسوبگذاري مستقيم و كلسيناسيون پيشماده در °C 400 بود. آناليزهاي مشخصهيابي مانند BET (سطح ويژه و حجم حفرهها)، XRD (ساختار كريستالي)، XRF (تركيب شيميايي)، TGA-DTA (پايداري حرارتي) و FESEM همراه با EDX و Map براي ارزيابي خواص ساختاري، شيميايي و مورفولوژيكي به كار گرفته شد. طراحي RSM با نرمافزار Design-Expert بر سه متغير مستقل (نسبت مولي، زمان (min)، دما (°C)) براي تحليل برهمكنشها و كاهش تعداد آزمايشها استفاده شد؛ نقطه بهينه در دماي °C 60 ، زمان min 75 و نسبت مولي 1:0.5 (079K:ZnO) تعيين گرديد و پيشماده با تجزيه در دماي كلسيناسيون بهينه ZnO توليد كرد. نتايج نشان داد كه اكسيداسيون حرارتي در دماي بهينه °C 800 بر اساس كاهش گوگرد طبق XRF و BET با تأييد TGA-DTA گوگردزدايي كامل (محتواي SO₃ كمتر از %wt 0.01) و خلوص ZnO تا %wt 94.61 را در جاذب بهينهشده فراهم ميكند؛ اين جاذب سطح ويژه m²/g 34.258 ، حجم حفره cm³/g 0.0482، ذرات كروي nm 20-30 با ساختار هگزاگونال (پيكهاي اصلي در زوايا 31.8°، 34.4° و 36.3°) و تخلخل مزوپور ارائه داد كه همتراز با ZnO تجاري است، هرچند سينترينگ در °C 800 حجم حفره را اندكي (تا cm³/g 0.0007) كاهش داد.اين رويكرد نوين با ادغام اكسيداسيون حرارتي براي گوگردزدايي، سنتز نانويي و بهينهسازي RSM، پايداري اقتصادي و زيستمحيطي جاذب را ارتقا ميدهد و پتانسيل صنعتي آن را در تصفيه گازهاي آلوده برجسته ميسازد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/13
عنوان به انگليسي
Conversion of spent zinc sulfide to zinc oxide with suitable textural properties for hydrogen sulfide adsorption
تاريخ بهره برداري
10/19/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
پري ناز قليان محمدي
چكيده به لاتين
Hydrogen sulfide gas (H₂S), as a toxic, corrosive, and environmentally detrimental pollutant in the oil, gas, and petrochemical industries, poses significant economic, safety, and environmental challenges. This research focuses on the synthesis and optimization of zinc oxide (ZnO) nanoparticles as an efficient adsorbent for H₂S removal via the dry method. The primary objectives include regenerating zinc sulfide (ZnS) to ZnO through thermal oxidation at temperatures of 600–900°C to reduce sulfur content and achieve desulfurization; analyzing the effects of temperature on desulfurization efficiency and the structural properties of the resulting ZnO; and modifying the regenerated ZnO via reaction with K079 (assuming a chemical modifier designation), while optimizing parameters such as temperature, time, and molar ratio using Response Surface Methodology (RSM) to produce nanoparticles with enhanced specific surface area and pore volume, thereby improving permeability and adsorption capacity.
The experimental methodology encompassed precursor synthesis via direct precipitation, calcination at 400°C, and thermal regeneration at various temperatures. Characterization techniques employed included BET analysis for specific surface area and pore volume, XRD for crystalline structure, XRF for chemical composition, TGA-DTA for thermal stability, and FESEM coupled with EDX and elemental mapping to evaluate structural, chemical, and morphological properties. An optimal RSM design, implemented using Design Expert software, was based on three independent variables (molar ratio (mol), time (min), and temperature (°C)) to examine their impacts on specific surface area and pore volume during the chemical modification of zinc oxide. This method minimized the number of experiments and facilitated analysis of variable interactions. The optimal conditions were determined at a temperature of 60°C, time of 75 min, and molar ratio of 0.5:1 (ZnO:K079), resulting in a precursor with optimal decomposition in the 250–400°C range.
Results indicated that optimal regeneration at 800°C achieved complete desulfurization (SO₃ content < 0.01 wt%) and ZnO purity up to 94.61 wt%. The optimized modified adsorbent displayed a specific surface area of 258.34 m²/g, pore volume of 0.0482 cm³/g, spherical nanoparticles (20–30 nm) with a hexagonal crystalline structure (main peaks at 2θ = 31.8°, 34.4°, and 36.3°), and mesoporous porosity, which is comparable to or superior to commercial ZnO. Nevertheless, sintering at 800°C slightly reduced the pore volume (by up to 0.0007 cm³/g). This innovative approach, combining cyclic regeneration, nanostructured synthesis, and RSM optimization, enhances the economic and environmental sustainability of the adsorbent and highlights its potential for industrial applications in purifying contaminated gases.
كليدواژه هاي فارسي
روي اكسيد , اكسيداسيون حرارتي , اصلاح شيميايي , طراحي ازمايش
كليدواژه هاي لاتين
Zinc oxide , Thermal oxidation , Chemical modification , RSM
Author
Parinaz Gholian mohamadi
SuperVisor
Amin Bazyari