17975

17975

بررسي ازمايشگاهي تاثير جنس الكترود در گوگردزدايي الكتروشيميايي

كارشناسي ارشد

فرآيندهاي جداسازي

بهمن ماه 1395

دكتر سوسن روشن ضمير

مهندسي شيمي

احتراق سوخت‌هاي فسيلي حاوي مقادير بالاي گوگرد منجر به مشكلات محيط زيستي شده و تركيبات گوگردي در سوخت‌ها موجب غير فعال شدن كاتاليست‌ها و خوردگي تجهيزات پالايش مي‌شوند. فرآيند گوگردزدايي الكتروشيميايي (ECDS ) قادر است گوگرد را در دما و فشار پايين‌ حذف كند كه نسبت به فرآيند مرسوم هيدروگوگردزدايي اقتصادي‌تر است. الكتروكاتاليست‌ها از مهمترين اجزاي سل‌هاي گوگردزدايي الكتروشيميايي مي‌باشند. در اين پژوهش عملكرد الكتروكاتاليست‌هاي Pt، Pt/C و MoS2 براي گوگردزدايي الكتروشيميايي تيوفن/بنزوتيوفن در سوخت مدل به روش اعمال موج مربعي بين پتانسيل جذب و احياء تركيب گوگردي در سل جدانشده بررسي شدند. براي تعيين پتانسيل بهينه‌ي جذب بنزوتيوفن بر روي سطح الكترود پلاتين، ابتدا يك پتانسيل ثابت به الكتروليت محتوي بنزوتيوفن اعمال شد و سپس در محلول الكتروليت بدون بنزوتيوفن، از سطح الكترود ولتاموگرام گرفته شد. پس از بررسي ولتاموگرام هاي حاصل مشخص شد كه پتانسيل 3/0 ولت پتانسيل متناظر با بيشترين مقدار بنزوتيوفن جذب شده روي سطح الكترود است. سپس يك سوخت مدل آزمايشگاهي محتوي ppm344 بنزوتيوفن در حلال نرمال دكان تهيه شد. امولسيون سوخت مدل و الكتروليت اسيدي در شرايط بهينه ي 50 درصد حجمي از فاز آلي به همراه 2/0درصد امولسيفاير با HLB برابر 13 تهيه شد. در انتها امولسيون سوخت مدل توسط يك موج مربعي بين پتانسيل جذب 3/0 ولت و پتانسيل احياء 15/0- ولت در بسامد بهينه Hz10 گوگردزدايي شد. نتايج آزمون طيف‌سنجي فلوئورسانس اشعه ايكس حذف 44درصدي تركيب گوگردي مقاوم بنروتيوفن را نشان داد. در گام بعد الكتروكاتاليست ارزان قيمت موليبدن دي‌سولفيد (MoS2) با روش هيدروترمال از دو ماده آمونيوم هپتا موليبدات و تي‌اوره به عنوان منبع موليبدن و گوگرد سنتز شد. متوسط اندازه ذرات كاتاليست موليبدن دي‌سولفيد با استفاده از آزمون پراش اشعه ايكس 7/5 نانومتر بدست آمد.كاتاليست موليبدن دي‌سولفيد بر روي الكترود كربن شيشه‌اي(GCE ) پوشش داده شد و پس از انجام آزمايش‌‌هاي ولتامتري چرخه‌اي پتانسيل بهينه جذب تيوفن روي الكتروكاتاليست 5/0 ولت انتخاب شد. تيوفن ppm420 موجود در سوخت مدل با اعمال موج مربعي بين پتانسيل جذب 5/0 ولت و پتانسيل احياء 25/0- ولت در بسامد بهينه Hz 2/0 با الكتروكاتاليست موليبدن دي‌سولفيد پوشش‌داده شده بر روي ورقه كربني ‌گوگردزدايي شد. نتايج آزمون كروماتوگرافي گازي حذف 85 درصدي تيوفن را نشان داد. در ادامه سطح فعال الكتروشيميايي الكتروكاتاليست سنتز شده با استفاده از تست ولتامتري چرخه‌اي m2/g 67/4 بدست آمد. آزمون ولتامتري روبش خطي نشان داد كه الكتروكاتاليست MoS2 بيش پتانسيل بالاتري براي انجام واكنش جانبي رهايش هيدروژن دارد.. پايه‌هاي كاتاليستي به منظور افزايش سطح فعال با هدف دستيابي به بالاترين سرعت انتقال جرم به كاتاليست و تسهيل انتقال الكترون بكار مي‌روند. به همين دليل از كربن سياه به عنوان پايه كاتاليست پلاتين (40%Pt/C) استفاده شد. گوگردزدايي به روش احياء الكتروشيميايي از سوخت مدل تيوفن/بنزوتيوفن با اعمال موج مربعي بين پتانسيل جذب 1/0 ولت و پتانسيل احياء 15/0- ولت در بسامد بهينه Hz1/0 با الكتروكاتاليست تجاريPt/C انجام شد. آناليز كروماتوگرافي گازي حذف 61 درصدتيوفن و 48درصد بنزوتيوفن را نشان داد. در ادامه سطح فعال الكتروشيميايي كاتاليست پلاتين/كربن، m2/g 67/9 بدست آمد. همچنين آزمون امپدانس الكتروشيميايي اثر مثبت افزايش سطح الكتروكاتاليست پلاتين/ كربن نسبت به پلاتين را در واكنش حذف تركيب گوگردي تاييد كرد. واژه‌هاي كليدي: گوگردزدايي الكتروشيميايي، الكتروكاتاليست، موليبدن دي‌سولفيد، تيوفن، موج مربعي

1396/08/07

10/29/2017 12:00:00 AM

Combustion of fossil fuel with high sulfur content cause environmental problems and sulfur compounds in fuels leads to inactivation of catalyst and corrosion of refining equipment. Electrochemical Desulfurization (ECDS) is able to remove sulfur at lower temperature and pressure than conventional hydrodesulfurization processes is more economical. Electrocatalysts are the most important component of electrochemical cell. In this research, performance of Pt, Pt/C, and MoS2 for electrochemical desulfurization of thiophene/Benzothiophene-containing model fuel by applying a square wave between adsorption and reduction potential in undivided cell was investigated. In order to determining optimal adsorption potential on platinum surface electrode, first a constant potential was applied to the electrolyte solution containing Benzothiophene (BT) and then in the electrolyte solution without BT, a voltammogram was taken from electrode surface. After investigation the result voltammogram, the potential of 0.3 volt was selected as the optimum adsorption potential of BT. Then a model fuel containing 344 ppm of BT in n-decane solvent was prepared. The emulsion of model fuel and acidic electrolyte in the optimal condition of 50% (v/v) of organic phase plus, 0.2% emulsifier with HLB 13, was prepared. finally, emulsion model fuel desulfurized by applying a square wave beween adsorption potential (0.3 volt) and reduction potential (-0.15 volt) at optimal frequency of 10 Hz. X-ray fluorescence spectroscopy test showed that 44% BT resistant sulfur compound removed. In the next step hydrothermal synthesis of molybdenum disulfide low cost electrocatalyst with ammoniumheptamolybdate and thiourea as the source of molybdenum and sulfure, respectively, was carried. X-ray Diffraction test showed that the average size of particle was 5.7 nm. MoS2 electrocatalyst was coated on glassy carbon electrode and after performing of voltammetry test, optimal adsorption potential of thiophen on MoS2 was selected 0.5 volt. Model fuel containing 420 ppm thiophene desulfurizaed by MoS2 coated on carbon paper at optimal condition (adsorption potential (0.5 volt), reduction potential (-0.25 volt), optimal frequency of 0.2 Hz). Gas chromatography test results showed 85% thiophene was removed. In the following, electrochemical active surface area of MoS2 obtained 4.67 m2/g by cyclic voltammetry. Linear swip voltametry test showed that MoS2 has the high overpotential for undesired hydrogen evolution. According to results obtained, MoS2 low cost catalyst has a high efficieny for electrochemical removing of thiophene. In order to increase the active surface with the aim of achiving the highest rate of mass transfer and facilitating the elctron transfer, catalyst basis is being used. So carbon black is used as basis platinum catalyst. Electroreductive desulfurization of thiophene and benzothiophen-containig model fuel was carried on Pt (40%)/C by applying square wave between adsorption and reduction potential of 0.1 and -0.15 volt at optimal frequency of 0.1 Hz. Gas chromatography analysis showed that thiophene and Benzothiophen were removed 61% and 48% respectiveky. In the following, the electrochemical active surface area of Pt/C obtained 9.67 m2/g. as well as electrochemical ampedance test confirmed the positive effect of increasing surface Pt/C catalyst than Pt in electrochemical desulfurization. Keywords: Electrochemical desulfurization, Electrocatalyst, Molybdenum Disulfid, Thiophen, Square wave