ساخت غشاهای نانوساختار کامپوزیتی پالادیوم- نقره و ارزیابی عملکرد آنها در راکتورهای غشایی طی واکنش ریفورمینگ خودگرمای متان برای تولید هیدروژن خالص
[پایاننامه]
/صونا جمشیدی
: مهندسی شیمی
، ۱۳۹۵
۱۴۴ ص
چاپی - الکترونیکی
کتابنامه در آخر پایان نامه
دکتری
مهندسی شیمی
۱۳۹۵/۰۳/۰۰
صنعتی سهند
در این تحقیق سنتز غشاهای کامپوزیتی پالادیومی و آلیاژی پالادیوم-نقره بر روی پایههای سرامیکی نانو ساختار مورد بررسی قرار گرفت .در همین راستا از سه نوع اصلاح سطح پایه شامل دولایه دی اکسید تیتانیوم- بوهمیت، دولایه دی اکسید تیتانیوم- بوهمیت+ یک لایه گاما آلومینا و دولایه دی اکسید تیتانیوم- بوهمیت+ دو لایه گاما آلومینا استفاده گردید .به منظور ساخت غشاهای کامپوزیتی پالادیومی و آلیاژی آن به روش لایه نشانی بدو اعمال جریان الکتریکی، مرحله فعالسازی پایه های غشایی مهم و ضروری است که در این تحقیق از روش آلی- غیرآلی با استفاده از نانوذرات پالادیومی زمینه پلیمری پلی اتیلن گلیکول بکار گرفته شد .نتایج مرحله فعالسازی حاکی از آن بود که هر سه پایه اصلاح شده با موفقیت فعالسازی گردیدند .در غشای پالادیومی سنتز شده بر روی پایه اصلاح شده با دولایه دی اکسید تیتانیوم- بوهمیت+ دو لایه گاما آلومینا، بعد از عملیات حرارتی، نواقصی در غشا ایجاد گردید که میصتوان به کاهش طول مشخصه ( که تنش حرارتی بر آن وارد میشود) و کاهش اتصالات مکانیکی به دلیل بالا بودن صافی سطح پایه اصلاح شده ارتباط داد .این در حالی بود که در دو اصلاح سطح بعدی به دلیل داشتن زبری نسبی سطح پایه اصلاح شده، غشاها پایداری حرارتی مناسبی داشتند .در ادامه به منظور رسیدن به غشای کامپوزیتی چگال پالادیومی، سه مرحله متوالی لایه نشانی-عملیات حرارتی انجام گرفت .نتایج تعیین مشخصات غشاهای کامپوزیتی سنتز شده بر روی دو اصلاح سطج بعدی حاکی از ساختار بلوری در مقیاس نانو، تراکم و یکنواختی مطلوب لایه فلزی و ضخامت پایین لایه فلزی بود .توان فشاری برای هر دو اصلاح سطح برابر یک و انرژی فعالسازی در حدود kJ/mol ۲۳ حاصل گردید .اما نتایج عبوردهی برای دو اصلاح سطح تفاوت قابل توجهی داشت چرا که حضور یک لایه گاما آلومینا مقاومت پایه غشایی را افزایش داده بود طوریکه با حضور یک لایه گاما آلومینا شار عبوری هیدروژن در دمایC ۴۵۰ و فشارbar ۲ کمتر از mol/m۲.s ۰/۰۱ و بدون حضور یک لایه گاما آلومینا شار عبوری هیدروژن در همان دما و فشار mol/m۲.s ۰/۰۷ میباشد .غشاهای کامپوزیتی پالادیومی سنتز شده در مقیاس های نیمه صنعتی تولید و با موفقیت مورد استفاده قرار گرفت .غشای آلیاژی پالادیوم-نقره نیز بر روی پایه اصلاح شده با دولایه دی اکسید تیتانیوم-بوهمیت نیز با موفقیت سنتز گردید .نتایج تعیین مشخصات غشای آلیاژی حاکی از آن بود که بعد از آلیاژسازی در دمای C ۶۰۰ درجه و به مدت ۱۰ ساعت، آلیاژ سازی کامل انجام گرفت .نتایج داده های جرمی و آنالیزEDX - SEM نیز حاکی از کنترل نسبت وزنی پالادیوم به نقره ۷۷/۵ به ۲۲/۵ بود .شار عبوری هیدروژن از غشای آلیاژی پالادیوم- نقره نسبت به غشای پالادیومی افزایش قابل توجهی نداشت که میتواند به دلیل افزایش ضخامت لایه غشایی با افزودن نقره باشد .تاثیر گازهای مختلف بر شار عبوری هیدروژن در غشای آلیاژی پالادیوم- نقره حاکی از آن بود که عامل اصلی کاهش شار عبوری در حضور نیتروژن و بخار آب به دلیل پدیده پلاریزاسیون غلظتی و گازهایی از قبیل متان، دی اکسید کربن و مونواکسید کربن علاوه بر پدیده پلاریزاسیون غلظتی، جذب رقابتی و رسوب کربن بر روی سایتهای فعال کاتالیستی غشای فلزی میباشد .میزان خلوص هیدروژن تولیدی در شرایط مختلف گازی و فشاری بیش از ۹۹ درصد بود .ارزیابی عملکرد راکتور غشایی کامپوزیتی پالادیوم بر روی پایه اصلاح شده دو لایه دیاکسید تیتانیوم-بوهمیت+ یک لایه گاما آلومینا در فرآیند جابجایی آب- گاز حاکی از بود که با جداسازی هیدروژن از محیط واکنش، میزان تبدیل مونواکسید کربن در دمایC ۴۵۰ درجه به طور قابل توجهی افزایش می یابد .همچنین غشای کامپوزیتی پالادیومی بر روی پایه اصلاح شده دولایه دیاکسید تیتانیوم-بوهمیت + یک لایه گاما آلومینا در راکتور غشایی در فرآیند خود گرمای متان استفاد گردید .افزایش فشار منجر به بهبود میزان تبدیل متان در راکتور غشایی نسبت به راکتور معمولی گردید .در نهایت راکتور غشایی پالادیوم- نقره در فرآیند خودگرمای متان مورد ارزیابی قرار گرفت .حصول بیش از ۸۰ درصد میزان تبدیل متان در دمایC ۵۰۰ درجه در فشارهای بالاتر از bar ۴ حاکی از غالب بودن تاثیر مثبت جدا نمودن هیدروژن از محصول واکنش بود .بررسی پایداری حرارتی و شیمیایی غشاهای کامپوزیتی پالادیومی و آلیاژی پالادیوم-نقره نیز نشان دهنده پایداری بالای غشاهای سنتز شده بود