• 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