عنوان پایان‌نامه
بررسی نانو کاتالیستهای هوشمند برای مبدل های خودرو
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 907.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44181
- تاریخ دفاع
- ۰۵ اسفند ۱۳۸۸
- دانشجو
- پروانه اسمعیل نژاد اهرنجانی
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, یداله مرتضوی
- چکیده
- در این پایان‌نامه تأثیر افزایش Mn و یا Cu اضافی در پروسکایت LaMnO3 (به‌صورت LaMn1+xO3 و یا LaMnCuxO3) بر روی ساختار و فعالیت کاتالیستی در حذف آلاینده¬های گاز اگزوز خروجی از اتومبیل بنزین¬سوز، نفوذ Cu از داخل شبکه‌ی این پروسکایت به روی سطح آن تحت اتمسفر کاهنده و در نتیجه شکل‌گیری نانوذرات Cu 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 ژل- احتراقی 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 افزایش Mn و یا Cu اضافی به ترتیب تا 1/1 Mn/La = و 1/0 Cu/Mn =، اندازه‌ی بلورها را کاهش داده و درنتیجه باعث افزایش سطح مخصوص کاتالیست می‌گردد. کاهش برنامه‌ریزی شده‌ی دمایی به وسیله‌ی هیدروژن (H2-TPR) نشان می‌دهد که دمای احیای کاتالیستها با حضور منگنز و یا مس اضافی کاهش می¬یابد بطوریکه Cu در دمای C°250 کاهش یافته و حضور آن سبب تسهیل کاهش Mn در ساختار پروسکایت می‌شود. کاهش برنامه‌ریزی شده‌ی دمایی به‌وسیله‌ی مونواکسید¬کربن و یا پروپان (CO-TPR و C3H8) نشان می‌دهد که احیا با CO در دماهای ¬کمتری نسبت به پروپان و یا حتی H2 صورت می¬گیرد. که در کاتالیست با مس اضافی، Cu در دمای C°180 کاهش می¬یابد. با افزایش Mn اضافی تا نسبت1/1 Mn/La =، دمای اکسایش 90% CO، C°77 و تا نسبت2/1 Mn/La =، دمای اکسایش 90% C3H8 حدود C°34 کاهش می‌یابد. افزایش Cu اضافی تا نسبت1/0 Cu/Mn =، دمای اکسایش 90% CO و C3H8 را به ترتیب حدود 90 و C°15 کاهش می‌دهد. این افزایش فعالیت احتمالاً به علت حضور اکسید¬های منگنز فعال، جاهای خالی اکسیژن و تسهیل در احیای کاتالیست می‌باشد. افزایش Mn و یا Cu اضافی 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 مقادیر بهینه می‌باشد. حذف هوا برای مدت زمان کوتاهی از جریان گاز اگزوز و در نتیجه عبور جریان غنی از سوخت از روی کاتالیست در دماهای C°140، 250 و 350 موجب کاهش جزئی کاتالیست LaMnCu0.1O3 و شکل‌گیری نانوذرات Cu 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 Cu 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 Cu روی سطح کاتالیست شده و فعالیت بالا را به آن باز می‌گرداند. بنابراین می¬توان این ترکیب را نوعی کاتالیستِ هوشمند (Regenerative) نامید.
- Abstract
- The effect of excess Mn and/or Cu partial in LaMnO3 perovskite structure (i.e., LaMn1+xO3 , LaMnCuxO3) on structure and catalytic activity in suppressing of pollution of exhaust gas of gasoline automobile, the reductive diffusion of Cu from the bulk of perovskite to its surface, thus forming Cu nanoparticles, on CO and C3H8 oxidation present in air (simulated exhaust gas) are investigated. Catalysts were prepared by a gel- combustion 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 increasing of Mn and Cu up to a ratio of Mn/La=1.1 and Cu/Mn=0.1, respectively, decreases the crystallite size of the perovskite and therefore increases its surface area. H2-temperature programmed reduction (H2-TPR) experiments reveal that the reduction temperature of catalysts with excess Mn and/or Cu reduces. Cu reduces at 250°C and facilitates the reduction of Mn in the perovskite structure. Temperature programmed reduction by CO and propane (CO and C3H8-TPR) experiments reveal that the reduction with CO occurs at lower temperature than reduction with C3H8 and even H2. As in catalyst with excess copper, Cu reduces at 180°C. Temperature of 90% oxidation of CO decreases by 77oC when excess Mn increases up to a ratio of Mn/La=1.1. Increasing of Mn up to Mn/La=1.2 decreases the temperature of 90% oxidation of C3H8 by 34oC. Addition of Cu upto a ratio of Cu/Mn=0.1 decreases the temperature of 90% oxidation of CO and propane by 90 and 15oC, respectively. Presence of dispersed manganese oxide, Mn4+ and/or Cu2+ and easy reduction of it and surface area were prominent factors for this trait. 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 of 140, 250 and 350°C, Cu reduces and segregates as nanoparticles on surface of the catalyst. This behavior significantly enhances the oxidation activity. In lean reaction conditions Cu 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 so this catalyst is a Regenerative or Intelligent catalyst.
