عنوان پایان‌نامه
تهیه نانوذرات کاتالیستی اکسید آهن محبوس در سیلیکات وبررسی آنها برای احیای ترکیبات نیترو آروماتیک در محیطهای مایع
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 779.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 39614
- تاریخ دفاع
- ۲۴ دی ۱۳۸۷
- استاد راهنما
- پرویز اشتری, حسین ابوالقاسمی
- دانشجو
- مرتضی مرادی
- چکیده
- نانوذرات اکسید آهن محبوس در پوسته سیلیکا کاربردهای فراوانی در مباحث کاتالیست‌ها، وسایل مغناطیسی-نوری، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، سردسازی مغناطیسی، سیستم‌های رهایش دارو، تشخیص و درمان سرطان دارا می‌باشند. یکی از مهمترین کاربردهای این نانوذرات، استفاده از آنها به عنوان کاتالیست در واکنش‌های احیای ترکیبات نیتروآروماتیکی به ترکیبات آمینوآروماتیکی می‌باشد. ترکیبات آمینوآروماتیکی، مواد اولیه و واسطه بسیار مهمی برای تولید مواد شیمیایی متنوعی از قبیل مواد رنگی، مواد دارویی، مواد شیمیایی مورد نیاز در کشاورزی، مواد فعال سطحی و پلیمرها می‌باشند. از میان اکسید‌های آهن، مگنتیت خاصیت کاتالیستی بهتری نسبت به احیای ترکیبات نیتروآروماتیک داشته و همچنین خاصیت مغناطیسی بهتری نسبت به دیگر اکسید‌های آهن از خود نشان می‌دهد. در پروژه حاضر، ابتدا نانوذرات مگنتیت (هسته) با روش هم‌رسوبی تولید و سپس این نانوذرات با استفاده از پوسته سیلیکا برای بهبود پایداری شیمیایی و پراکندگی بهتر در محیط واکنش، به روش سل-ژل پوشش داده شدند. فرایند مورد استفاده برای پوشش دهی، فرایند استوبر است که در آن هیدرولیز و کندانس کردن کنترل شده تترا اتوکسی سیلان(TEOS) در مخلوط اتانول-آمونیاک انجام می‌شود. مشخصات نانوذرات Fe3O4@SiO2 تهیه شده به وسیله TEM،XRD ،FT-IR ،TGA وBET تعیین شدند. نتایج حاصل از تصویر TEM نشان می‌دهد که میانگین قطر این ذرات در حدود 15 نانومتر می‌باشد. همچنین مساحت سطح مخصوص اندازه‌گیری‌شده توسط روش BET برای این ذرات276 m2/g می‌باشد. نتایج حاصل از XRD، وجود ساختار بلوری مگنتیت در پوسته متخلخل بی‌شکل سیلیکا را نشان می‌دهد. از TGA نانوذرات مگنتیت محبوس در پوسته سیلیکا نیز می‌توان مشاهده نمود که این منحنی شامل 4 مرحله اصلی کاهش جرم می‌باشد که در هر کدام از این مراحل ترکیبات فرار موجود در نانوذرات Fe3O4@SiO2 حذف می‌شوند. همچنین نتایج حاصل از FT-IR نانوذرات Fe3O4@SiO2 بیان می‌کند که پیک‌های جذبی موجود در این منحنی وجود ارتعاش Fe-O فاز مگنتیت، ارتعاش Si-O و همچنین ارتعاشهای ?OH و ?OH مولکولهای آب را برای نمونه Fe3O4@SiO2 تایید می‌کند. این نانوذرات فعالیت کاتالیستی خوبی نسبت به واکنش احیای نیتروبنزن به آنیلین از خود نشان می‌دهند. از مزایای این نانوذرات، اختلاط خوب در محیط واکنش، جداسازی آسان از محیط واکنش توسط آهنربا پس از انجام واکنش، مساحت سطح مخصوص بالا، پایداری در شرایط واکنش احیا و روش تهیه ساده آنها می‌باشد. در انجام واکنش احیای ترکیبات نیتروآروماتیک از یک الکل به عنوان عامل دهنده هیدروژن (احیا‌کننده) و یک باز به عنوان عامل پیش برنده واکنش (Promoter) استفاده شد. نتایج بدست آمده نشان داد که 2-پروپانول، بهترین دهنده هیدروژن و هیدروکسید پتاسیم بهترین پروموتر است که بالاترین بازده واکنش را سبب می‌شود. در ادامه دیگر پارامترهای مختلف مؤثر بر انجام این واکنش احیا از قبیل زمان واکنش، مقدار کاتالیست، دما و غلظت واکنش‌‌دهنده‌ها بررسی شد. شرایط بهینه بدست آمده برای انجام واکنش عبارت است از: مدت زمان واکنش 5/2 ساعت، 100 میلی‌گرم کاتالیست، دمای °C80، 50 میلی‌لیتر 2-پروپانول، 30 میلی‌مول پروموتر هیدروکسید پتاسیم و غلظت 1 مولار از واکنش دهنده‌ها.
- Abstract
- Iron oxide nanoparticles coated with silica shell have various applications in the fields of catalysts, magnetic-optic devices, magnetic resonance imaging (MRI), magnetic refrigeration, drug delivery systems and detection and treatment of cancer. The use of these nanoparticles as catalysts for the reduction of aromatic nitro compounds to the aromatic amines is one of the most important applications of these nanoparticles. Aromatic amines are important starting materials and intermediates for the manufacture of variety of chemicals such as dyestuffs, pharmaceutical products, agricultural chemicals, surfactants and polymers. Magnetite has better magnetic property than other iron oxides. It also has good catalytic property for the reduction of aromatic nitro compounds. In this thesis, magnetite (core) nanoparticles were producted by the coprecipitation method and then these nanoparticles were coated with silica shell for improving the chemical stability and dispersibility in the reaction medium. The St?ber process is used for coating process by hydrolysis and condensation of TEOS in ethanol–ammonia mixture. Fe3O4@SiO2 core- shell nanoparticles were characterized by various experimental techniques such as; TEM, XRD, FT-IR, TGA and BET. The obtained results from TEM images indicate that the average diameter of these nanoarticles is about 15 nm and the specific surface area of these nanoparticles measured by BET method is 276m2g-1. The obtained results from XRD confirm the crystalline structure of magnetite in the porous and amorphous silica shell. The TGA curve of Fe3O4@SiO2 core- shell nanoparticles has 4 important levels of weight loss. The extra compounds of these nanoparticles were eliminated in these levels. The existing peaks in the FT-IR spectra are characteristics of Fe–O vibration related to the magnetite phase, symmetric and asymmetric stretching vibration of Si–O– group and ?OH and ?OH vibrations of water molecules. These catalytic nanoparticles indicate a good catalytic activity for the reduction of nitrobenzene to aniline. Other advantages of these nanoparticles could mentioned as easy mixing and separation from solution, large surface area, stability in reaction condition and easy preparation method. In the reduction of aromatic nitro compounds, an alcohol is used as a hydrogen donor and a base as a promoter. The obtained results indicated that the use of propan-2-ol as a hydrogen donor and KOH as a base give the maximum yield of aniline. At the end of this thesis, different effective variables of the reaction such as reaction time, catalyst value, temperature and reagent concentration have been investigated. The obtained optimal conditions for the reaction involve: reaction time (2.5 hour), catalyst (100 mg), 2-propanol (50 ml), KOH (30 mmol), reagent concentration (1 M) and temperature (80°C).
