شماره ركورد
34484
پديد آورنده
پوريا مهراسبي
عنوان
رسي اثر تركيب بر ريزساختار و خواص فيزيكي پايه كاتاليزگرهاي آلومينايي مورد استفاده در اكسيداسيون جزئي اتيلن و تبديل به اكسيد اتيلن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژِي- سراميك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/30
استاد راهنما
هاجر قنبري، مهدي ملكي
استاد مشاور
.
دانشكده
مواد و متالورژي
چكيده
اكسيداتيلن، از مهمترين مواد مصرفي صنعت پتروشيمي است كه معمولا با استفاده از كاتاليزگر آلومينا/نقره، در معرض گاز اتيلن و اكسيژن، توليد ميشود. اين كاتاليزگر، به كمك تلقيح فلز نقره و ساير تقويتكنندهها، روي پايه آلومينايي شكلدهي شده به روش اكستروژن، ساخته ميشود. در اين پژوهش، پس از مشخصهيابي يك نمونهي خارجي پايه كاتاليزگر، پايههاي آلومينايي با تخلخلهاي ماكرو، با هدف بررسي اثر تركيب و پارامترهاي مؤثر، طراحي و ساخته شد و در نهايت، فرايند تلقيح روي نمونهي نهايي و نمونهي مرجع انجام گرفت و نتايج مقايسه شد. بهمنظور بررسي ساختار فازي، تركيب شيميايي، ريزساختار، ويژگيهاي سطحي و خواص فيزيكي و مكانيكي پايههاي آلومينايي سنتزشده، بهترتيب از آناليزهاي XRD، XRF، FESEM، ICP، تخلخلسنجي جيوهاي، آزمون جذب و واجذب نيتروژن، آزمون استحكام فشاري و اندازهگيري درصد جذب آب استفاده شد. فرايند طراحي آزمايش، ساخت و بررسي پايههاي آلومينايي در سه فاز و فرايند تلقيح در فاز چهارم انجام گرفت. در فاز اول، امكانسنجي شكلدهي اكستروژن نمونهاي با ابعاد مشابه نمونهي مرجع، با استفاده از α-Al2O3، γ-Al2O3 ، بوهمايت، گيبسيت و ديگر مواد افزودني بررسي شد. در فاز دوم، طراحي تركيبها به صورت كلاسيك انجام گرفت و مواد اوليه α-Al2O3 و γ-Al2O3 در مقادير به ترتيب% wt 70-80 و % wt20-30، پوست گردو، خاك اره، نشاسته ذرت، كربن فعال نوع 1 و كربن فعال نوع 2 در مقادير % wt10-30، دانهبندي مواد تخلخلزا و زمان ماند عمليات حرارتي به مدت 2-6 ساعت، بررسي شد. در فاز سوم، مطابق با طراحي آزمايش تاگوچي L9، چهار فاكتور اصلي فرايند ساخت از جمله نسبت مقدار γ-Al2O3 /α-Al2O3، مقدار plast Zuzo، مقدار ماده تخلخلزا و دماي عمليات حرارتي در سه سطح، بررسي شد. نسبت سطوح γ-Al2O3 / α-Al2O3به ترتيب 75/25، 80/20 و 85/15، مقادير سطوح plast Zuzo به ترتيب 1، 25/1 و % wt5/1، مقادير سطوح ماده تخلخلزا به ترتيب 30، 35 و % wt40 و دماي عمليات حرارتي در سه سطح 1375، 1425 و °C1475 درنظر گرفتهشد. در نهايت در فاز چهارم، نمونهي مرجع و بهينه، در محلول حاوي نقره تلقيح شدند. با توجه به نتايج نمونههاي فاز اول و مقايسه با مشخصات نمونهي مرجع، نمونهاي با عدد سطح ويژهي BET برابر m2/g1/3، استحكام فشاري kg.f10 و درصد جذب آب %25 ، انتخاب شد. همچنين، مطابق با نتايج مشخصات نمونههاي فاز دوم، نمونهاي با عدد سطح ويژهي BET برابر m2/g6/2، استحكام فشاري kg.f9/4 و درصد جذب آب %35 به عنوان تركيب پايه براي ادامه ساخت درنظر گرفته شد. در فاز سوم، مطابق با نتايج مشخصات سطح ويژه (BET)، درصد تخلخل، اندازه و توزيع حفرات و همچنين پارامترهاي خواص فيزيكي و مكانيكي نُه نمونهي تاگوچي در نرم افزار Design Of Experiments به منظور شناسايي پارامترهاي موثر و طراحي تركيب بهينه، تحليل شد. در تركيب نمونهي نهايي، نسبت مقدار γ-Al2O3 / α-Al2O3 برابر 85/15، مقدار plast Zuzo برابر % wt1، مقدار ماده تخلخلزا % wt40 و دماي عمليات حرارتي °C1425 انتخاب شد. نمونهي بهينه، داراي سطح ويژهي BET m2/g3/2، استحكام فشاري kg.f9/4، درصد جذب آب %5/34، حجم حفرات cm3/g16/3 و ميانگين اندازه حفرات nm499 است. اين نمونه مشابهترين در بين نمونههاي ساخته شده با مشخصات نمونه مرجع است. متناظر با نتايج آناليز ICP، ميزان نقره نمونهي مرجع و بهينه پس از تلقيح به ترتيب 3/11 و %3/6 حاصلشد. همچنين مطابق با نتايج آناليز XRD، حضور فاز نقره در كنار فاز آلوميناي كوراندوم مشاهده شد. تصاوير آنالير SEM اين دو نمونه، توزيع نقره روي سطوح آنها را نشان داد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/16
عنوان به انگليسي
Investigation of the effect of formulation on the microstructure and physical properties of alumina support catalysts used in the partial oxidation of ethylene and its conversion to ethylene oxide
تاريخ بهره برداري
10/22/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
پوريا مهراسبي
چكيده به لاتين
Ethylene oxide is one of the most important chemicals in the petrochemical industry and is typically produced by the reaction of ethylene and oxygen over a silver/alumina catalyst. This catalyst is prepared by impregnating silver metal and various promoters onto an alumina support that is shaped by the extrusion method. In this study, after the characterization of a commercial reference catalyst support, macroporous alumina supports were designed and fabricated in order to investigate the effects of composition and key processing parameters. Finally, the impregnation process was carried out on both the optimized sample and the reference sample, and the results were compared.
To investigate the phase structure, chemical composition, microstructure, surface characteristics, and physical and mechanical properties of the synthesized alumina supports, XRD, XRF, FESEM, ICP, mercury intrusion porosimetry, nitrogen adsorption–desorption analysis, compressive strength testing, and water absorption measurements were employed, respectively. The design, fabrication, and evaluation of the alumina supports were conducted in three phases, while the impregnation process was performed in the fourth phase.
In the first phase, the feasibility of extrusion shaping of samples with dimensions similar to the reference support was investigated using α-Al₂O₃, γ-Al₂O₃, boehmite, gibbsite, and other additives. In the second phase, a classical experimental design was applied, in which α-Al₂O₃ and γ-Al₂O₃ contents of 70–80 wt.% and 20–30 wt.%, respectively, along with pore-forming agents including walnut shell, sawdust, corn starch, activated carbon type 1, and activated carbon type 2 in the range of 10–30 wt.%, particle size of pore formers, and heat treatment holding times of 2–6 h were investigated. In the third phase, based on an L9 Taguchi design of experiments, four main fabrication parameters—namely the γ-Al₂O₃/α-Al₂O₃ ratio, plast Zuzo content, pore-forming agent content, and heat treatment temperature—were examined at three levels. The γ-Al₂O₃/α-Al₂O₃ ratios were set at 75/25, 80/20, and 85/15; plast Zuzo contents at 1, 1.25, and 1.5 wt.%; pore-forming agent contents at 30, 35, and 40 wt.%; and heat treatment temperatures at 1375, 1425, and 1475 °C.
In the fourth phase, the reference and optimized samples were impregnated with a silver-containing solution. Based on the results of the first-phase samples and comparison with the reference support, a sample with a BET surface area of 1.3 m²/g, compressive strength of 10 kgf, and water absorption of 25% was selected. According to the second-phase results, a sample with a BET surface area of 2.6 m²/g, compressive strength of 9.4 kgf, and water absorption of 35% was chosen as the base composition for further fabrication. In the third phase, the results of BET surface area, porosity percentage, pore size and distribution, as well as physical and mechanical properties of the nine Taguchi samples were analyzed using Design of Experiments software to identify the most influential parameters and determine the optimal composition.
The final optimized composition consisted of a γ-Al₂O₃/α-Al₂O₃ ratio of 85/15, plast Zuzo content of 1 wt.%, pore-forming agent content of 40 wt.%, and a heat treatment temperature of 1425 °C. The optimized sample exhibited a BET surface area of 2.3 m²/g, compressive strength of 9.4 kgf, water absorption of 34.5%, pore volume of 0.316 cm³/g, and an average pore size of 499 nm, making it the most similar to the reference sample among all fabricated supports. According to ICP analysis, the silver contents of the reference and optimized samples after impregnation were 11.3 wt.% and 6.3 wt.%, respectively. Furthermore, XRD analysis confirmed the presence of metallic silver alongside the corundum alumina phase. SEM images of both samples demonstrated the distribution of silver particles on their surfaces.
كليدواژه هاي فارسي
كاتاليزگر , پايه كاتاليزگر , اكستروژن , Al2O3 -α , ماكرومتخلخل , اكسيداتيلن
كليدواژه هاي لاتين
Catalyst , catalyst support , extrusion , α-Al2O3 , macroporous , ethylene oxide
Author
Pourya Mehrasbi
SuperVisor
Hajar Ghanbari, Mahdi Maleki