شماره ركورد
34339
پديد آورنده
محمد سپهريان
عنوان
حذف كاتاليزوري گوگرد دي اكسيد (SO2) با استفاده از نانوكاتاليزورهاي ارتقاء يافته اكسيد فلزي بر پايه گاما آلوميناي استخراج شده از باطله زغالسنگ
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
شيمي تجزيه
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1404/10/07
استاد راهنما
دكتر منصور انبياء
استاد مشاور
ندارد.
دانشكده
شيمي
چكيده
رشد فزاينده صنايع وابسته به سوختهاي فسيلي، بهويژه در حوزههاي توليد برق و فولاد، موجب افزايش چشمگير انتشار سالانۀ SO2 و بروز چالشهاي جدي زيستمحيطي و بهداشتي شده است. عليرغم كارايي روشهاي متداول گوگردزدايي، محدوديتهايي نظير مصرف انرژي بالا، توليد پسماند و عدم پايداري موجب شده است كه توجه پژوهشها به سمت استفاده از نانوكاتاليزورهاي جامدِ پايدار و كمهزينه جلب شود. در اين راستا، رساله حاضر با هدف ارائه رويكردي سبز، اقتصادي و مبتني بر اقتصاد چرخشي، براي نخستينبار استخراج آلومينا از باطله زغالسنگ (CG) را به منظور توليد مواد مزومتخلخل و كاتاليزورهاي فعال مورد مطالعه قرار داده است. نتايج نشان داد كه باطله زغالسنگ بهدليل غناي قابلتوجه در آلومينا و سيليكا، منبعي ارزشمند براي سنتز مواد مزومتخلخل با خلوص بالا است. γ-Al2O3 و SiO2 مزوحفره بدون نياز به قالبهاي آلي و در شرايط بهينه استخراج شامل محلول HCl 6 مولار، نسبت جامد به مايع 1:15، زمان 150 دقيقه و دماي 90 درجه سانتيگراد، بهترتيب با خلوص 81ر98% و 08ر99% و مساحت سطح 15ر340 و 85ر392 مترمربع بر گرم توليد شدند. ويژگيهاي ساختاري مطلوب اين مواد از جمله حجم و اندازه منافذ مناسب، قابليت كاربرد گسترده آنها را در حوزههاي جذب، كاتاليز، صنايع دارويي و غذايي تأييد ميكند. افزون بر اين، فرايند توسعهيافته امكان بازيابي حدود 80% از پسماند را فراهم كرد و به كاهش آثار زيستمحيطي تجمع باطلههاي زغالسنگ كمك نمود. در مرحله بعد،γ-Al2O3 استخراجشده براي نخستينبار بهعنوان پايه در سنتز كاتاليزورهاي حذف SO2 استفاده و آهن بهعنوان جزء فعال بر روي آن بارگذاري شد. همچنين عناصر خاكي كمياب لانتانيوم و سريم بهعنوان ارتقاءدهندههاي ساختاري و الكتروني جهت افزايش پراكندگي آهن و ايجاد جايخاليهاي اكسيژن مورد استفاده قرار گرفتند. كاتاليزورهاي حاصل عملكرد بسيار خوبي در تبديل SO2 از خود نشان دادند؛ بهطوريكه در شرايط بهينه (دما C380°، GHSV برابر h-1 6000 و نسبت CO/SO2 برابر 2)، بازده تبديل SO2 بين 3ر1 ± 92ر98% تا 6ر0 ± 62ر99% و گزينشپذيري 4ر1 ± 74ر98% تا
7ر0 ± 43ر99% حاصل شد. آزمون پايداري 50 ساعته نيز ثبات عملكرد و مقاومت مناسب در برابر غيرفعالسازي را تأييد كرد. اين رساله نشان داد كه تركيب مواد مزوحفره مشتق از پسماندهاي صنعتي با كاتاليزورهاي پايدار ميتواند رويكردي كارآمد، كمهزينه و دوستدار محيطزيست براي حذف آلايندههاي گازي بهويژه SO2 ارائه دهد. اين دستاورد علاوه بر ايجاد ارزش افزوده، در راستاي تحقق اقتصاد چرخشي و توسعه پايدار بوده و زمينهساز بهكارگيري اين مواد در فرآيندهاي كاتاليزوري مشابه مانند كاهش NOx نيز خواهد بود.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/20
عنوان به انگليسي
Catalytic removal of sulfur dioxide (SO2) by exploiting metal oxide modified nanocatalysts Based on γ-Al2O3 Extracted from Coal Gangue
تاريخ بهره برداري
12/28/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمد سپهريان
چكيده به لاتين
The rapid growth of industries reliant on fossil fuels, particularly in power generation and steel production sectors, has led to a significant increase in annual SO2 emissions, posing serious environmental and health challenges. Despite the effectiveness of conventional desulfurization methods, limitations such as high energy consumption, waste generation, and lack of sustainability have directed research interest towards the use of stable and cost-effective solid nanocatalysts. In this context, the present dissertation aims to introduce a green, economical, and circular economy-based approach by, for the first time, extracting alumina from coal gangue (CG) to synthesize mesoporous materials and active catalysts. The findings revealed that coal gangue, due to its substantial alumina and silica content, serves as a valuable source for synthesizing high-purity mesoporous materials. Mesoporous γ-Al2O3 and SiO2 were produced without organic templates under optimized conditions including 6 M HCl solution, a solid-to-liquid ratio of 1:15, 150 minutes, and 90 °C, achieving purities of 98.81% and 99.08%, and surface areas of 340.15 and 392.85 m2/g, respectively. Their favorable structural characteristics, such as suitable pore volume and size, confirm broad applicability in adsorption, catalysis, pharmaceutical, and food industries. Furthermore, the developed process enabled approximately 80% waste recovery, contributing to the reduction of environmental impacts associated with coal gangue accumulation. Subsequently, the extracted γ-Al2O3 was utilized for the first time as a support in synthesizing SO2 removal catalysts, with iron loaded as the active component. Rare earth elements lanthanum and cerium were employed as structural and electronic promoters to enhance iron dispersion and create oxygen vacancies. The resulting catalysts exhibited excellent SO2 conversion performance; under optimal conditions (380 °C, GHSV 6000 h⁻¹, and CO/SO2 ratio of 2), SO2 conversion efficiency ranged from 98.92 ± 1.3% to 99.62 ± 0.6%, with selectivity between 98.74 ± 1.4% and 99.43 ± 0.7%. A 50-hour stability test confirmed sustained performance and resistance to deactivation. This dissertation demonstrates that combining mesoporous materials derived from industrial waste with stable catalysts offers an efficient, cost-effective, and environmentally friendly strategy for removing gaseous pollutants, especially SO2. Beyond adding value, this approach supports circular economy principles and sustainable development, laying a foundation for employing these materials in similar catalytic processes such as NOx reduction.
كليدواژه هاي فارسي
آلودگي هوا , گوگرد دي اكسيد , كاهش كاتاليزوري , باطله زغال سنگ , La-Fe/γ-Al2O3 , Ce-Fe/γ-Al2O3
كليدواژه هاي لاتين
Air Pollution , sulfur dioxide , catalytic reduction , coal gangue , La-Fe/γ-Al2O3 , Ce-Fe/γ-Al2O3
Author
Mohammad Sepehrian
SuperVisor
Prof. Mansoor Anbia