عنوان پایان‌نامه
ساخت و بکارگیری نانوکاتالیزور موثر در فرآیند سنتز میان تقطیر ها از گاز سنتز و تعیین سینتیک وابسته به اندازه ذرات آن
- رشته تحصیلی
- شیمی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6316;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76286;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6316;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76286
- تاریخ دفاع
- ۱۱ مهر ۱۳۹۵
- دانشجو
- صبا کریمی
- استاد راهنما
- یداله مرتضوی, احمد توسلی
- چکیده
- در تحقیق حاضر نانو ورقه‌های گرافنی (GNS) به‌عنوان پایه کاتالیست کبالت در فرایند فیشر-تروپش مورداستفاده قرار گرفت. کاتالیست‌ها با روش‌های تلقیح و ترسیب شیمیایی فاز بخار سنتز شدند. تا 25 درصد وزنی کبالت بر روی پایه قرارداده شد. روش‌های BET، XRD، اسپکتروسکوپی رامان، TEM، H2-Chemisorption،XPS، TGA و TPRبرای ویژگی‌سنجی استفاده شدند. فعالیت، گزینش‌پذیری و پایداری کاتالیست در واکنش فیشر-تروپش در یک راکتور بستر ثابت مورد سنجش قرارگرفته و سپس با کاتالیست‌های کبالت بر پایه نانولوله‌های کربنی و گاما آلومینا مقایسه شد.با توجه به نتایج TEMپراکندگی ذرات بر پایه گرافن بیشتر از پایه نانولوله‌های کربنی بوده و میانگین اندازه ذرات از 7/5 نانومتر به 6 نانومتر کاهش پیدا می‌کند و با استفاده از گرافن دمای احیای کاتالیست نیز کاهش پیدا می‌کند. درصد تبدیل COاز 61 درصد به 74 درصد افزایش‌یافته و سرعت واکنش فیشر-تروپش تقریباً 22 درصد افزایش پیدا می‌کند. روند غیرفعال‌شدن کاتالیست‌ها بررسی شد. برای کاتالیست Co/GNSپس از 480 ساعت انجام واکنش اندازه ذرات از 6 نانومتر به 6/8 نانومتر و میزان درصد تبدیل 3/9 درصد تغییر می‌کند. در کاتالیست Co/CNTکاهش 20/7درصد مشاهده می‌شود. پایداری زیاد کاتالیست کبالت بر پایه گرافن در واکنش فیشر-تروپش گرافن را به‌عنوان یک پایه مناسب معرفی می‌کند. رو روش CVD کاتالیست‌های با ذرات کوچک‌تر و پراکندگی یکنواخت بر روی پایه تهیه شد و روشCVDاحیای ذرات کبالت را بهبود بخشید. میزان درصد تبدیل در روش CVDنسبت به تلقیح تقریباً 6 درصد افزایش نشان داده و هم‌چنین روش CVD میزان پایداری کاتالیست را بهبود بخشید.کاتالیست25Co0.5 Ru/GNS-CVDدرصد تبدیل 81/4و گزینش‌پذیریC5+برابر با84/1درصدرا نشان داد.معادله سینتیک ذاتی کاتالیست 25Co0.5 Ru/GNS-CVDبه‌صورت معادله کلی استخراج شد. نتایج نشان داد که کاتالیست دارای فعالیت وابسته به ساختار بوده و درنهایت فعالیت وابسته به اندازه ذرات به‌صورت به دست آمد.
- Abstract
- Graphene nano sheets (GNS) were used as cobalt Fischer-Tropsch synthesis (FTS) catalyst support. The catalysts were prepared using wet impregnation and chemical vapor deposition (CVD) techniques. Up to 25 wt.% cobalt was loaded on GNS. The catalysts were characterized by TGA, BET, XRD, XPS, Raman spectroscopy, H2-chemisorption, TPR, and TEM techniques. The activity, selectivity and stability of the catalyst in FTS were assessed in a fixed-bed micro-reactor and the results were compared with the carbon nano tubes Co/CNTs and Co/?-Al2O3 catalysts. TEM images showed that GNS resulted in higher dispersion of cobalt clusters and the average clusters size decreased from 7.5 to about 6.0 nm, it resulted the lower reduction temperature. Degree of CO conversion increased from 61 to 74% and FT synthesis rate increased by about 22%. The deactivation of the catalysts was studied. For Co/GNS catalyst, 480 h continuous FT synthesis increased the average cobalt particle size from about 6 to 6.8 nm and decreased the CO conversion by 3.9%, whereas, under the same reaction conditions the CO conversion for Co/CNT decreased by 20.7%. Significant stability of Co/GNS catalyst in FT synthesis, introduces graphene as an excellent support for the cobalt catalysts.The CVD technique produced more uniform distributed cobalt particles and facilitated reduction of cobalt particles. Using CVD technique increased the carbon monoxide conversion (CO%) by about 6% compared to the catalyst prepared by conventional impregnation method. Lower sintering rate of the cobalt particles in the case of Co/GNS catalyst prepared by CVD technique caused better stability. The 0.5wt.%Ru-25wt.%Co/GNS nano catalyst showed the activity of 81.4% and C5+ selectivity of 84.1%. The intrinsic kinetic model for the 0.5wt.%Ru-25wt.%Co/GNS nano catalyst is determined as . It was found that the catalyst is structure sensitive. So, a size dependent kinetic model for the catalyst is determined as
