عنوان پایان‌نامه
ساخت و بررسی عملکرد نانو کاتالیزورهای دوعملگرای حاوی پالادیم بر پایه گرافن جهت هیدروژناسیون گزینشی استیلن در مخلوط اتیلن/استیلن
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1839.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79959;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1839.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79959
- تاریخ دفاع
- ۲۷ بهمن ۱۳۹۵
- دانشجو
- سعید خواجه مندلی
- استاد راهنما
- محمود ترابی انگجی
- چکیده
- در واحدهای الفین پتروشیمی، جهت کاهش ناخالصی استیلن در جریان غنی از اتیلن، هیدروژناسیون گزینشی استیلن توسط کاتالیزورهای تجاری پالادیمی یا نیکلی بر پایه آلومینا انجام می‌گیرد که نقطه ضعف آنها، میزان نسبتا کم گزینش‌پذیری و تولید محصولات نامطلوب می‌باشد. در رساله حاضر، با روش لایه‌نشانی بخار شیمیایی(CVD)، از مخلوط گازهای دوکربنی یا اتیلن، در دمای C°750 و فشار Torr50-20 بر روی فویل نیکلی، گرافن شش‌لایه کم‌نقص با سطح ویژه بالا ( m2/gr562) تولید شد و با روش اسیدی عاملدار گردید . با روش ساخت پلی‌ال، نانوکاتالیزورهای تک‌عملگرای پالادیم و دوعملگرای پالادیم- ارتقادهنده فلزی (روی، کبالت، قلع و نقره) با نسبت‌های مختلف بر پایه گرافن عاملدار ساخته شد. آنالیزهایBET،TEM ،FTIR ، TGA، XRD، TPR وXPS جهت شناخت ساختار پایه و نانوکاتالیزورها، انجام و تحلیل گردید. با طراحی و ساخت سامانه راکتوری ویژه و با خوراک مخلوط اتیلن، اتان، استیلن و هیدروژن (81 :4/16 :3/1 :3/1درصد مولی)، کارایی نانوکاتالیزورها درمحدوده دماییC °200-60، فشار اتمسفری و سرعت فضاییhr-133000 تست و با کاتالیزورهای تجاری پایه آلومینایی و پایه نانولوله‌کربنی مقایسه گردید. در نانوکاتالیزورهای دوعملگرای Pd-Ag/FG وPd-Sn/FG، گزینش پذیری بالاتر از 90% نسبت به اتیلن مشاهده شد و در نانوکاتالیزور بهینه Pd1-Ag3/FG، بیشینه تبدیل استیلن98% و گزینش‌پذیری 9/94% ثبت گردید که از حیث گزینش‌پذیری 5/12% بالاتر از کاتالیزور تجاری Pd1-Ag6/?-Al2O3و درحدود 5% بیشتر از نانوکاتالیزورهای پالادیم یا پالادیم-قلع بر پایه نانولوله‌های کربنی بود، درحالی که میزان تبدیل استیلن تغییر محسوسی ننمود. در تست راکتوری درازمدت، نانوکاتالیزورPd1-Ag3/FG با تولید کمترین میزان روغن سبز سبک ، پایداری فعالیت 2 برابری نسبت به کاتالیزور تجاری نشان داد. عملکرد بهینه نانوکاتالیزور Pd1-Ag3/FGبه دلیل تشکیل خوشه‌های آلیاژیPd1-Ag3 و Pd2-Ag6 می‌باشد که کمترین میزان انرژی دفع اتیلن و بیشترین میزان جذب هیدروژن را دارا می‌باشند. بعلاوه، توزیع یکنواخت ذرات آلیاژی7-4 نانومتر روی سطح گرافن عاملدار، عملکرد همزمان انتقال الکترون از نقره به پالادیم و نیز انتقال الکترون از سطح گرافن به پالادیم،سبب دستیابی به بیشترین گزینش‌پذیری نسبت به اتیلن و تبدیل استیلن در واکنش هیدروژناسیون گزینشی استیلن با Pd1-Ag3/FG می‌گردد.
- Abstract
- In this work, several palladium-promoters nanocatalysts were synthesized over a functionalized graphene (FG) support and then applied for selective hydrogenation of acetylene in an ethylene-rich flow stream. These promoters contain zinc, cobalt, tin and silver in different proportions with respect to palladium. Few layered graphene was synthesized by CVD method using ethylene or C2 hydrocarbons mixture as a carbon source at 750 °C, 20-50 Torr and functionalized using nitric acid solution. The structure and physico-chemical properties of pristine graphene (PG) were examined by Raman spectroscopy and BET analyses, which indicated the growth of low defects for six layered PG with a large surface area (562 m2/g). All Pd-Promoter/FG nanocatalysts were synthesized using polyol route. The nanocatalysts and were characterized by XRD, TEM, and XPS techniques. TEM analysis indicated Pd-Ag alloy nanoparticles were well dispersed with narrow particle size distribution (4-7 nm). All nanocatalysts were applied for selective hydrogenation of acetylene in a commercial ethylene-rich flow stream at 60–200 °?, 1 Bar absolute (GHSV=33000 hr-1) and its activity-selectivity patterns were compared with the commercial one (Pd1-Ag6/?-Al2O3). For Pd1-Ag3/FG as the best case, the maximum in ethylene selectivity (94.9%) was observed at 200°C, where the conversion reached 98%. This nanocatalyst proved to have superior activity, selectivity, and better stability compared to commercial one. Also, surprisingly for Pd-Ag/FG, decreasing in activity and selectivity occurred slowly during long term tests. These excellent catalytic properties may be attributed to the formation of highly dispersed Pd-Ag alloy nanoparticles on the support, increasing electron density on supported Pd-Ag due to charge transfer from silver atoms and graphene surface and modifying metals/support interactions, which could enhance the ethylene desorption and also decrease the consecutive hydrogenation to ethane and minimize green oil formation. Keywords:Acetylene, Ethylene, Selective Hydrogenation, Graphene, Palladium, Nanocatalyst, Palladium-Silver
