عنوان پایان‌نامه
اثر افزودن نانوذرات فلزات گرانبها برعملکرد مبدلهای کاتالیستی نوع پروسکایت
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-انرژی و محیط زیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 727;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 37200
- تاریخ دفاع
- ۲۹ بهمن ۱۳۸۶
- دانشجو
- سینا سرتیپی
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, یداله مرتضوی
- چکیده
- در این پایان‌نامه تأثیر جایگزینی جزئی Co به‌وسیله‌ی Pd در پروسکایت LaCoO3 (به‌صورت LaCo0.95Pd0.05O3)، نفوذ Pd از داخل شبکه‌ی این پروسکایت به روی سطح آن تحت اتمسفر کاهنده و در نتیجه شکل‌گیری نانوذرات Pd روی سطح بلورهای پروسکایت و تأثیر این پدیده در اکسایش CO و C3H8 در هوا (مخلوط مشابه گاز اگزوز) مورد مطالعه قرار گرفته است. کاتالیست‌ها در این تحقیق با روش سیترات ساخته شده و در دمای C°700 به مدت h 5 کلسینه شده‌اند. آنالیز XRD (X-Ray Powder Diffraction) ساختار پروسکایت را برای کاتالیست‌های ساخته شده تأیید می‌کند. آنالیزهای SEM (Scanning Electron Microscopy) و اندازه‌گیری سطح BET نشان می‌دهند که جایگزینی جزئی Co به‌وسیله‌ی Pd اندازه‌ی بلورها را کاهش داده و درنتیجه باعث افزایش سطح مخصوص کاتالیست می‌گردد. کاهش برنامه‌ریزی شده‌ی دمایی به‌وسیله‌ی هیدروژن (H2-TPR) نشان می‌دهد که Pd در دمای C°135 کاهش یافته و حضور آن سبب تسهیل کاهش Co در ساختار پروسکایت می‌شود. با کاهش جزئی پروسکایت حاوی Pd توسط هیدروژن و در دمای C°180 به مدت min 30، دمای اکسایش کامل CO و C3H8 به ترتیب حدود 70 و C°50 کاهش می‌یابد. این افزایش فعالیت به علت حضور نانوذرات Pd روی سطح کاتالیست در اثر قرار گرفتن در اتمسفر کاهنده می‌باشد. مدت زمان کاهش پروسکایت حاوی Pd، مقدار قابل ملاحظه‌ای دماهای T50 و T90 (دماهایی که در آنها به‌ترتیب 50 و 90% تبدیل آلاینده‌ها انجام می‌شود) را تحت تأثیر قرار می‌دهد و دارای مقدار بهینه می‌باشد که با بالا بردن دمای کاهش، مدت زمان کاهش بهینه کم می‌شود. حذف هوا برای مدت زمان کوتاهی از جریان گاز اگزوز و در نتیجه عبور جریان غنی از سوخت از روی کاتالیست در دماهای بالاتر از C°300، موجب کاهش جزئی کاتالیست LaCo0.95Pd0.05O3 و شکل‌گیری نانوذرات Pd روی سطح پروسکایت می‌گردد و در نتیجه فعالیت کاتالیست افزایش می‌یابد. با قرار گرفتن کاتالیست در معرض اتمسفر اکسنده ( جریان گاز اگزوز در شرایط هوای اضافی)، نانوذرات Pd مجدداً اکسید شده و به داخل شبکه‌ی پروسکایت نفوذ می‌کنند و درنتیجه فعالیت بالای کاتالیست افت می‌کند. اما عبور دوباره‌ی جریان غنی از سوخت، مجدداً باعث شکل‌گیری نانوذرات Pd روی سطح کاتالیست شده و فعالیت بالا را به آن باز می‌گرداند (کاتالیستِ هوشمند یا Regenerative).
- Abstract
- The effect of partial substitution of Co by Pd in LaCoO3 perovskite structure (i.e., LaCo0.95Pd0.05O3) and the reductive diffusion of Pd from the bulk of perovskite to its surface, thus forming Pd nanoparticles, on CO and C3H8 oxidation present in air (simulated exhaust gas) are investigated. Catalysts were prepared by a citrate method and calcined at 700°C for 5 h. X-ray powder diffraction (XRD) analyses confirm the perovskite structure for the catalysts. Scanning electron microscopy (SEM) and BET surface area measurements show that partial substitution of Co by Pd decreases the crystallite size of the perovskite and therefore increases its surface area. H2-temperature programmed reduction (H2-TPR) experiments reveal that Pd reduces at 135°C and facilitates the reduction of Co in the perovskite structure. Partial reduction of the Pd containing catalyst by H2 at 180°C for 30 min, decreases the complete oxidation temperatures of CO and C3H8 by about 70 and 50°C, respectively. The high catalytic activity of reduced LaCo0.95Pd0.05O3 can be attributed to fine Pd nanoparticles dispersed on the surface of LaCoO3 after this catalyst is exposed to the reducing atmosphere. The reduction duration of the Pd containing catalyst strongly affects the T50 and T90 temperatures (temperatures at which 50 and 90% conversion occurs, respectively) and has an optimum, where it decreases by increasing the reduction temperature of the catalyst. By switching off the air flow and exposing the catalyst to a reductive rich gas for a short duration of time at reaction conditions with temperatures higher than 300°C, Pd reduces and segregates as nanoparticles on surface of the catalyst. This behavior significantly enhances the oxidation activity. In lean reaction conditions Pd nanoparticles re-oxidize again and diffuse back into the perovskite structure; therefore, the high activity declines. However, the catalyst can be regenerated again by another short exposure to rich gas condition (Regenerative or Intelligent Catalyst).
