22313

تاثير اصلاح فرمولاسيون كاتاليست هاي نانوساختار اكسيدهاي فلزي بر عملكرد آن ها در گوگردزدايي اكسايشي از سوخت هاي هيدروكربني مايع

كارشناسي ارشد

ترموسينتيك و كاتاليست

1396

1399/2/13

دكتر امين بازياري

دكتر سميه عليجاني

مهندسي شيمي

چكيده با افزايش جمعيت جهان ميزان مصرف سوخت¬هاي فسيلي براي تامين انرژي گسترش يافته است. انتشار ذرات دي¬اكسيدگوگرد پس از احتراق سوخت¬ها سبب آلودگي محيط زيست و ايجاد مشكلات تنفسي مي¬شود .از اين¬رو سازما¬ن¬هاي بين¬المللي حفاظت از محيط زيست به وضع قوانين سختگيرانه¬اي در جهت حذف تركيبات گوگردي موجود در سوخت پرداخته¬اند. فرآيند گوگردزدايي اكسايشي مكملي مناسب براي فرآيند گوگردزدايي هيدروژني براي حذف تركيبات گوگردي مقاوم موجود در سوخت¬هاي فسيلي مانند بنزوتيوفن، دي¬بنزوتيوفن و مشتقات آلكيلي آن¬ها در شرايط عملياتي ملايم (دماي كم و فشار اتمسفر) محسوب مي¬شود. در فرآيند گوگردزدايي¬اكسايشي سولفون¬ها توليد شده كه به دليل قطبيت بالايي كه دارند جذب سايت¬هاي فعال كاتاليست¬ شده و آن¬ها را غيرفعال مي¬كند. درنتيجه به¬منظور بهبود عملكرد كاتاليست در طول فرآيند گوگرد زدايي اكسايشي، اصلاح و يا عامل‌داركردن سطح كاتاليست انجام مي‌شود. يكي از راه‌هاي اصلاح سطح كاتاليست، با هدف افزايش آب‌گريزي و بهبود در فعاليت كاتاليست و همچنين طولانيتركردن عمر مفيد آنها، سيلان¬داركردن سطح توسط عامل¬هاي سيلان مانند ارگانوسيلان‌ها مي‌باشد. اين پژوهش، بر كاربرد سيلاندار كردن كاتاليست فرايند گوگردزدايي اكسايشي مي¬پردازد. در اين پروژه، فعاليت كاتاليست¬ نانوساختار تيتانيا-سيليكا در فرآيند گوگردزدايي اكسايشي مورد بررسي قرار گرفت و اصلاح سطح اين كاتاليست با استفاده از عامل هاي سيلان تري متيل¬كلروسيلان و هگزامتيل دي سيلازان انجام شد. خواص و ساختار نمونه¬هاي كاتاليستي با استفاده از آناليزهاي پراش پرتو ايكس (XRD)، جذب و دفع نيتروژن (N2 adsorption–desorption)، طيف¬سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (FTIR)، طيف¬سنجي بازتابش انتشاري فرابنفش-مرئي (UV-vis DRS)، آناليز توزين حرارتي (TGA) ، آناليز طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDX)،آناليز زاويه¬ي تماس (Contact angle) مورد بررسي قرار گرفتند. فرآيند گوگردزدايي اكسايشي با استفاده از سوخت مدل حاوي ppmw 500 گوگرد كه به صورت دي¬بنزوتيوفن درحلال نرمال‌دودكان بود، انجام¬شد. گوگردزدايي با استفاده از اكسنده ترشري¬بوتيل¬هيدروپروكسيد با نسبت مولي O/S برابر با 5 و در حضور 03/0گرم كاتاليست در دماي C° 50 و فشار1 اتمسفر انجام و ميزان تبديل دي‌بنزوتيوفن با استفاده از دستگاه كروماتوگرافي¬گازي مجهز به آشكارساز نورسنجي شعله‌ پالسي اندازه¬گيري شد. اثر بارگذاري عامل-سيلان، دماي واكنش، تاثير اكسيدان¬ها و حضور تركيبات رقابتي ايندول، كوئينولين ، سيكلوهگزان و پارازايلن بر نتيجه گوگردزدايي نيز مورد بررسي قرار گرفت. بهترين نتيجه گوگردزدايي براي كاتاليست TS-H2 با نسبت مقدار عامل سيلان به حلال برابر %4 وزني بدست آمد و توانست پس از 10 دقيقه از شروع واكنش در دماي C°50 به ميزان تبديل %100 دي¬بنزوتيوفن برسد. فعاليت كاتاليستي ديگر نمونه¬هاي كاتاليستي به ترتيب به صورت TS-H2 > TS-T2 > TS-H3 > TS-T3 > TS-H1 > TS-T1 > TS-nonsil بوده است. واژه‌هاي كليدي:گوگردزدايي اكسايشي، كاتاليست تيتانيا-سيليكا، اصلاح سطح ، عامل سيلان

1399/05/01

Effect of modification of nanostructured metal oxide catalysts formulation on their performance in oxidative desulfurization of liquid hydrocarbon fuels

5/3/2021 12:00:00 AM

Liquid hydrocarbon fuels contain high amounts of sulfur compounds. Ignition of these compounds causes to SOx emission that is extremely harmful to the environment. The oxidative desulfurization (ODS) process is a promising complement process to the hydrodesulfurization (HDS) to remove refractory sulfur compounds of liquid hydrocarbon fuels under low temperature and atmospheric pressure.DBT was oxidized to DBT-sulfone, a species with a higher polarity that could be subsequently adsorbed on the active sites and therefore, Controlling the adsorption and polarity properties of solid catalysts is very important in improving activity and catalyst life. Thus, In addition to the importance of selecting the suitable active site, the adsorption properties of the catalysts are necessary. In this study, The nanostructured titania -silica catalyst synthesized using a sol-gel method and investigated for oxidative desulfurization (ODS) of dibenzothiophene (DBT) and surface modified by silylation to aiming decrease the adsorption of the more polar sulfones on the surface that will strongly contribute to catalyst deactivation. The samples were silylated with hexamethyldisilazane and trimethylchlorosilane to increase their hydrophobicity by the reaction between OH groups with the alkyl silyl group of the silylating agent, thus rendering the material more hydrophobic.The oxidative desulfurization was conducted in a batch reactor with tertbutylhydroperoxide (t-BuOOH) as an oxidant and the molar ratio of oxidant to sulfur (O/S) was 5. The catalyst dosage was 0.03 g for 3 g model fuel that includes 500 ppm dibenzothiophene in n-dodecane, At 50 °C and 1 atmosphere. The conversion of dibenzothiophene was determined with the gas-chromatography equipped pulsed flame photometric detector (PFPD) and the effect of silane agents, oxidant, temperature reaction, nitrogen, and aromatic compounds. The catalyst samples were characterized by N2 adsorption-desorption, X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), diffuse reflectance UV-vis spectrum (UV-Vis DRS), Thermogravimetric (TGA), energy dispersive X-Ray (EDX) and Mapping and Contact angle (CA). The best catalytic activity was observed for the TS-H2 sample modified with 4 wt% HMDS/Toluene achieved 100% DBT conversion after only 20 min of the reaction at 50°C. Keywords: Nanostructured catalyst, Surface modification, Silylation, ODS