15167

بررسي و مطالعه كاتاليست‌هاي عاري از كروم در واكنش دما بالاي انتقال آب-گاز

1403

دكتر رضايي

هيدروژن به عنوان سوخت آينده و يكي از مهم‌ترين محصولات صنعتي، نقشي كليدي در اقتصاد و توسعه پايدار جهاني ايفا مي‌كند. ارتقاي روش‌هاي توليد و خالص‌سازي اين عنصر استراتژيك، از چالش‌هاي اساسي صنعت امروز به شمار مي‌رود. يكي از كارآمدترين و پركاربردترين فرآيندهاي توليد و تصفيه هيدروژن، واكنش انتقال آب-گاز است كه در مقياس گسترده در صنايع مختلف مورد استفاده قرار مي‌گيرد. با اين حال، استفاده از كاتاليست‌هاي حاوي كروم در اين فرآيند، پيامدهاي زيست‌محيطي قابل توجهي ايجاد كرده و لزوم جايگزيني آن با مواد كم‌خطرتر را پررنگ‌تر ساخته است. اين پژوهش با تمركز بر واكنش انتقال آب-گاز و بررسي انواع كاتاليست‌هاي مورد استفاده، راهكارهايي براي بهبود اين فرآيند و دستيابي به هيدروژن خالص‌تر، پايدارتر و اقتصادي‌تر ارائه مي‌دهد. نتايج نشان مي‌دهد كه آهن و نيكل، به دليل فراواني، قيمت مناسب، واكنش‌پذيري بالا و مقاومت در برابر پديده سينتر، گزينه‌هاي مناسبي براي فاز فعال كاتاليست محسوب مي‌شوند. البته نيكل به علت تمايل ذاتي به متان‌زايي، تا حدودي بازده توليد هيدروژن را كاهش مي‌دهد؛ اما افزودن فلزات قليايي و افزايش سايت‌هاي بازي مي‌تواند اين اثر را تا حد زيادي مهار كند. در ميان فلزات قليايي، سزيم و ليتيم و در ميان فلزات قليايي خاكي، باريم و استرانسيم بهترين بهبود را در فعاليت كاتاليستي نشان داده‌اند. همچنين فلز سريم چه به عنوان ارتقاءدهنده و چه به عنوان پايه، عملكرد بسيار مطلوبي ارائه مي‌كند؛ هرچند هزينه بالاي آن مانع استفاده وسيع در مقياس صنعتي مي‌شود. نتايج تحقيق حاكي از آن است كه به‌كارگيري مخلوط دو اكسيد فلزي مختلف، عملكرد بهتري نسبت به استفاده از يك اكسيد منفرد دارد و پايه‌هاي هيدروكسي‌آپاتيت نيز فعاليت چشمگيري در اين واكنش از خود نشان داده‌اند. از نظر روش‌هاي سنتز، روش هم‌رسوبي به عنوان مناسب‌ترين گزينه معرفي شده است. براي تحليل عميق‌تر و كشف روابط پنهان ميان خواص كاتاليست و اجزاي سازنده آن، از يادگيري ماشين جهت مدل‌سازي و پيش‌بيني استفاده شد. دو مدل توسعه‌يافته دقت بالايي در پيش‌بيني درصد تبديل مونوكسيدكربن داشته و با داده‌هاي مربوط به كاتاليست‌هاي صنعتي راستي‌آزمايي شدند. نتايج اين مدل‌ها نشان مي‌دهد كه نيكل و آهن مؤثرترين اجزاي فعال كاتاليست هستند و طلا، ساماريم و سريم قوي‌ترين ارتقاءدهنده‌ها محسوب مي‌شوند. همچنين از ميان ويژگي‌هاي ساختاري كاتاليست، اندازه ذرات بيشترين اثر را بر عملكرد كاتاليستي دارد.

10/7/2025 12:00:00 AM

87861

1404/08/03

Investigation of Chromium-Free Catalysts in the High-Temperature Water–Gas Shift Reaction

واكنش انتقال آب-گاز , كاتاليست , خالص‌سازي هيدروژن , هيدروژن