عنوان پایان‌نامه
تعیین هیدرو کربن های موجود در گاز طبیعی با استفاده از سنسورهای نیمه هادی نانو ذرات اکسید فلزی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1384.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60979
- تاریخ دفاع
- ۱۴ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- ندا نعمت الهی
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, یداله مرتضوی
- چکیده
- در این پروژه برای اولین بار، اجزای هیدروکربنی گاز طبیعی روی یک ستون پرشده کربن فعال جدا شده است و با استفاده از یک حسگر مینیاتوری Pd-SnO2/SiO2 به منظور محاسبه ارزش حرارتی گاز طبیعی آشکار شدند. جداسازی اجزای هیدروکربنی گاز طبیعی با استفاده از ستون‌های پرشده کربن فعال با طول های 25/0، 5/0، 1 و 5/1 متری، در دماهای ثابت?C 50، 80، 100، 120، 160 و با برنامه‌ریزی دمایی ?C160-50 با نرخ حرارتی ?C/min10، تحت جریان هوا با دبی cc/min 40 مورد بررسی قرار گرفتند و بهترین جداسازی‌ها توسط ستون 1 و 5/1 متری و با برنامه ریزی دمایی ?C160-50 مشاهده شد. ماده حساس برای حسگرهای گازی، شامل SnO2 خالص و ارتقا یافته با 5، 10 و 20 درصد وزنی SiO2 به روش رسوب‌دهی سونوشیمیایی سنتز شده، سپس فلز پالادیم با درصد وزنی 25/0، 5/0، 1 و 2 به روش تلقیح خشک به آن اضافه شد و مشخصات نمونه‌ها با آنالیزهای XRD و BET تعیین شده است. پایه حسگرهای ساخته شده از ماده حساس مذکور به گاز متان در محدوده دمایی 250-450 درجه سانتی گراد بررسی و مشخص شد که افزودن 5/0 و 1% پالادیم به حسگرهای SnO2/SiO2 حساسیت این حسگرها را تا حدود 2 برابر افزایش میدهد. به منظور تعیین پایداری بلند مدت حسگرها، حسگرها به همراه پودرهای مواد حساس به مدت 12 شبانه روز در دمای ?C600 در معرض هوای مرطوب با رطوبت نسبی 20% تحت جریان cc/min 10-20 قرار داده شده است. اندازه گیری پاسخ حسگرها قبل از آزمون پایداری و همچنین در طول یک دوره 12 روزه در روزهای سوم، پنجم، هشتم و دوازدهم انجام گرفت و مشخص شد افزودن 5 و 10 % اکسید فلزی SiO2 در پایدارسازی عملکرد حسگرهایSnO2 بسیار موثر می باشد. درنهایت جداسازی هیدروکربن های موجود در گاز طبیعی با استفاده از ستون پرشده کربن فعال با طول 1 متر و با برنامه ریزی دمایی ?C50-160 انجام شد، سپس حسگر مینیاتوری ساخته شده در خروجی ستون جداسازی به منظور آشکارسازی هیدروکربن های جدا شده موجود در گاز طبیعی شامل متان، اتان و پروپان قرار گرفت و مشخص شد که حسگرهای SnO2 حاوی 5 و 10 درصد وزنی SiO2 به همراه 0.5 و 1 درصد وزنی Pd از حساسیت بسیار بالایی نسبت به هیدروکربن‌های موجود در گاز طبیعی برخوردار می باشند و به خوبی قادر به آنالیز اجزای هیدروکربنی گاز طبیعی می باشند.
- Abstract
- In this study, hydrocarbon components of natural gas (NG) were separated on an activated carbon column and detected on a miniaturized Pd-SnO2/SiO2 gas sensor, in order to evaluate the heating value of NG. For this purpose, separation of the hydrocarbon components was investigated on 0.25, 0.5, 1 and 1.5 meter activated carbon columns at the temperatures of 50, 80, 100, 120, 160?C, and with temperature-programmed regime between 50-160?C with a heating rate of 10?C/min under an air flow of 40 cc/min. Column with 1 and 1.5 meter lengths and temperature-programmed regime between 50-160?C exhibited the best separation. The sensing material for the gas sensor, including pure SnO2 and SnO2 – SiO2 composite having 5.0, 10.0 and 20.0 wt.% of SiO2 were synthesized by a sonochemical precipitation method then impregnated with 0.25, 0.5, 1.0, 2.0 and 5.0 wt.% of palladium and characterized by XRD and BET analysis. The sensors fabricated with the sensing materials as just described, were tested for their sensitivity to methane in the temperature range of 250–450oC. The results showed that doping the samples with Pd improved the sensitivity and the samples having 0.5 and 1.0 wt.% Pd exhibited the best performance. In order to investigate the long-term stability of the sensor of sensing materials, the fresh powders and the fabricated sensors were exposed to a flow of 10-20 cc/min air with 20% relative humidity at 600?C for 12 consecutive days. The sensitivity measurements for this set of experiments were performed at the beginning, at the end and in between, i.e. 3rd, 5th and 8th days of the test. The results indicated that presence of SiO2 and Pd stabilized the performance of the sensors. Furthermore NG hydrocarbon components were separated on a 1 meter activated carbon column with temperature-programmed regime between 50-160?C, then miniaturized Pd-SnO2/SiO2 gas sensor was located in the outlet of the separating column in order to detect the NG hydrocarbon components. Our results revealed that the SnO2 sensors including 5.0 and 10.0 wt.% of SiO2 and 0.5 and 1.0 wt.% palladium possess high sensitivity to hydrocarbons and could analyse NG hydrocarbon components properly.
