عنوان

مطالعه کاهش کاتالیزوری انتخابی اکسیدهای نیتروژن ‮‭(NOx)‬ توسط نانوکاتالیزورهای تک فلزی و دو فلزی برروی پایه های متداول - طراحی و بهینه سازی کاتالیزور

Number

‭۱۲۳۳۳پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

مطالعه کاهش کاتالیزوری انتخابی اکسیدهای نیتروژن ‮‭(NOx)‬ توسط نانوکاتالیزورهای تک فلزی و دو فلزی برروی پایه های متداول - طراحی و بهینه سازی کاتالیزور

First Statement of Responsibility

/پروانه نخستین پناهی

Name of Publisher, Distributor, etc.

: دانشکده شیمی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۹۲‬ص‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

شیمی کاربردی

Date of degree

‮‭۱۳۹۲/۰۶/۲۵‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

آلاینده های ناشی از احتراق سوخت های فسیلی که مهمترین آنها اکسید های نیتروژن، اکسیدهای گوگرد، منواکسید کربن و ذرات معلق می باشند از طریق دودکش به اتمسفر تخلیه می گردند .اکسیدهای نیتروژن نقش بسیار مهمی در فرآیندهای فتوشیمیایی تولید و تخریب اوزون، تشکیل باران های اسیدی و مه فتوشیمیایی دارند که تخریب اکوسیستم طبیعت و آسیب رساندن به سیستم تنفسی حیوانات به ویژه انسان ها را به همراه دارد .فرآیند کاهش کاتالیزوری انتخابی ‮‭(SCR)‬ یکی از کارآمدترین تکنولوژی های توسعه یافته برای حذف آلاینده های گازی اکسیدهای نیتروژن به ترکیبات زیست سازگار مانند آب و نیتروژن می باشد .مزایای عمده این روش، فعالیت در محدوده وسیعی از دماها، انتخابگری بالا، مصرف انرژی و هزینه پایین می باشد .پارامترهای مهم در این فرآیند، انتخاب کاتالیزور و عامل کاهنده مناسب می باشد .گروههای متفاوتی از کاتالیزورها مانند اکسید فلزات واسطه، فلزات نجیب و مخلوط اکسیدهای فلزی در این فرایند مورد بررسی قرار گرفته اند .اما تلاش پژوهشگران برای یافتن کاتالیزور مناسب با قیمت پایین و راندمان بالا به ویژه در دماهای پایین همچنان ادامه دارد .جهت بهبود خواص و کاهش هزینه های عملیاتی، میتوان ذرات کاتالیزورها را بر روی یک پایه ی مناسب بارگذاری کرد .نشاندن ترکیبات کاتالیزوری بر روی پایه باعث پخش ذرات کاتالیزور در سطح، افزایش سطح ویژه کاتالیزور و همچنین موجب افزایش مقاومت کاتالیزور در مقابل انواع عوامل تخریب کننده مانند حرارت، خوردگی های فیزیکی و شیمیایی و غیره می شود .در کار پژوهشی حاضر ابتدا فلزات واسطه مختلف مانند آهن، مس، منگنز، کبالت و ...بر روی پایه های متفاوت مانند زئولیت طبیعی، زئولیت‮‭Y‬ ، زئولیت‮‭۵- ZSM‬، آلومینا، ساپو و ...بارگذاری شده و در فرایند کاهش کاتالیزوری انتخابی اکسیدنیتروژن با آمونیاک در حضور اکسیژن در سامانه آزمایشگاهی طراحی شده تست شدند .نتایج نشان داد که زئولیت‮‭ZSM‬ - ‮‭۵‬و‮‭۳۴ - SAPO‬بارگذاری شده با فلزات واسطه مختلف، کارایی خیلی خوبی از خود نشان دادند و در بین فلزات مختلف بارگذاری شده نیز، فلز مس بیشترین فعالیت را از خود نشان داد ‮‭(۸۰‬ تبدیل اکسید نیتروژن به نیتروژن با کاتالیزور‮‭Cu/ZSM‬ - ‮‭۵‬در دمای ‮‭۳۰۰ C‬و ‮‭۷۸‬ تبدیل اکسید نیتروژن به نیتروژن با کاتالیزور‮‭۳۴ - Cu/SAPO‬در دمای‮‭۳۰۰). C‬در ادامه جهت افزایش بیشتر فعالیت این کاتالیزورها به ویژه در دماهای پایین، بررسی های بیشتری روی این کاتالیزورها انجام شد .پارامترهای عملیاتی فرایند‮‭SCR - NH۳‬با طراحی آزمایش با روش تاگوچی بهینه شده و تحت شرایط بهینه به دست آمده تبدیل اکسیدنیتروژن به نیتروژن با کاتالیزور‮‭ZSM-Cu‬- ‮‭۵‬به ‮‭۱/۶۳‬ در دمای‮‭۲۵۰ C‬و ‮‭۸۶/۹۴‬ در دمای‮‭۳۰۰ C‬رسید .سپس تاثیر اضافه کردن فلز دوم روی فعالیت کاتالیزور‮‭ZSM- Cu‬- ‮‭۵‬بررسی شده و مشاهده شد که فعالیت کاتالیزورهای دو فلزی بیشتر از تک فلزی بوده و کاتالیزور‮‭Cu/ZSM- Fe‬- ‮‭۵‬بیشترین فعالیت را در تبدیل اکسیدنیتروژن از خود نشان داد ‮‭(۶۷‬ در دمای‮‭۲۵۰ C‬و ‮‭۹۳‬ در دمای‮‭۳۰۰). C‬در مرحله بعد پارامترهای تهیه کاتالیزور‮‭Cu/ZSM- Fe‬- ‮‭۵‬با روش رویه پاسخ سطح بهینه شد :بارگذاری آهن‮‭wt ۲/۴‬ ، دمای کلسیناسیون‮‭۵۷۷ C‬و دمای تلقیح‮‭۵/۴۳. C‬تبدیل اکسیدنیتروژن تحت این شرایط بهینه تهیه کاتالیزور به ‮‭۷/۷۸‬ در دمای‮‭۲۵۰ C‬رسید .برای بررسی تاثیر روش تهیه بر فعالیت کاتالیزورهای‮‭Cu/ZSM‬ - ‮‭۵‬و‮‭۳۴ -Cu/SAPO‬، این ‮‭۲‬ کاتالیزور علاوه بر روش تلقیح با روش های دیگری مانند اولتراسونیک، هیدروترمال و هم رسوبی با عامل رسوب دهنده های هیدروکسیدسدیم و اوره نیز تهیه شده و در فرایند‮‭SCR - NH۳‬تست شدند، نتایج نشان داد که روش تهیه کاتالیزور، تاثیر زیادی روی فعالیت کاتالیزور دارد .کاتالیزور‮‭Cu/ZSM‬- ‮‭۵‬تهیه شده با روش هم رسوبی اوره و کاتالیزور‮‭۳۴ -Cu/SAPO‬تهیه شده با روش اولتراسونیک فعالیت بیشتری نسبت به روش های تهیه دیگر از خود نشان دادند ‮‭(۴/۸۲‬ تبدیل اکسیدنیتروژن به نیتروژن با کاتالیزور‮‭Cu/ZSM‬- ‮‭۵‬تهیه شده با هم رسوبی اوره و ‮‭۲/۸۶‬ تبدیل اکسیدنیتروژن به نیتروژن با کاتالیزور‮‭۳۴ - Cu/SAPO‬تهیه شده با اولتراسونیک در دمای‮‭۲۵۰). C‬آنالیز احیا با برنامه دمایی‮‭TPR) - (H۲‬نشان داد که دمای کاهش کاتیون های‮‭+Cu۲‬ ایزوله در‮‭۳۴ -Cu/SAPO‬تهیه شده با روش اولتراسونیک و‮‭Cu/ZSM‬ - ‮‭۵‬تهیه شده با روش هم رسوبی اوره نسبت به سایر روش ها کمتر است و این نشانگر این است که کاتیون های‮‭+Cu۲‬ ایزوله در این کاتالیزورها راحت تر کاهیده می شوند .همچنین تعداد کاتیون های‮‭+Cu۲‬ ایزوله نیز در این دو کاتالیزور بیشتر است و در نتیجه این کاتالیزورها بیشترین فعالیت را در فرایند‮‭SCR - NH۳‬از خود نشان داده اند .آنالیز واجذب آمونیاک با برنامه دمایی‮‭TPD) - (NH۳‬نیز نشان داد که این ‮‭۲‬ کاتالیزور دارای خصلت اسیدی بیشتر در مقایسه با سایر کاتالیزورها می باشند .در بخش آخر کار تاثیر نوع فلز و پایه بر کارایی کاتالیزورهای فلزی پایه دار در راندمان تبدیل اکسیدنیتروژن به نیتروژن، با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مدلسازی شده و ترتیب تاثیرگذاری متغیرها به صورت زیر به دست آمد :انرژی یونیزاسیون فلز < الکترونگاتیویته فلز < خصلت اسیدی پایه < شعاع اتمی فلز < دمای واکنش < سطح ویژه پایه < بارگذاری فلز در نهایت نتایج نشان داد که نوع فلز نسبت به نوع پایه تاثیر زیادی در راندمان تبدیل اکسیدنیتروژن به نیتروژن را دارد

Text of Note

34, Al2O3) based on experimental data -5, SAPO-TPR). At final part, an artificial neural networks (ANN) model was developed for survey effect of metal and support properties on NO conversion and predict NO conversion to N2 over different catalysts (Cu, Mn, Co, Fe supported over ZSM-Temperature programmed reduction (H2-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and H2-programmed desorption (TPD), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction, Teller (BET) surface ares, temperature-34 nanocatalysts prepared with different methods were examined using X-5 and Cu/SAPO-34 catalysts. The properties of the Cu/ZSM-C) than other Cu/SAPOC and 86.2 at 25034 prepared with ultrasonic method exhibited the highest activity at NO conversion (79.5 at 200-5 catalysts and Cu/SAPO-C) than other Cu/ZSMC and 82.4 at 2505 prepared with co precipitation method with urea showed the highest activity at NO conversion (70.53 at 200-SCR of NO process. The results indicated that Cu/ZSM-34 nanocatalysts on NO conversion was studied and these catalysts were prepared with different methods such as ultrasonic, hydrothermal, co precipitation with NaOH and urea and tested in NH3-5 and Cu/SAPO-C. Under these condition, experimental NO conversion efficiency was 78.8 . Influence of preparation method of Cu/ZSMC and impregnation temperature of 43.55 preparation parameters in SCR of NO at 250C. The optimum condition for maximum NO conversion was estimated at 4.2 wt. Fe loading, calcinations temperature of 577-Cu/ZSM-C). Response surface methodology (RSM) involving central composite design (CCD) was employed to evaluate and optimize FeC and 93 at 3005 bimetallic nanocatalyst was the highest active catalyst for NO conversion (67 at 250-Cu/ZSM-5 by adding different transition metals (Co, Mn, Cr and Fe) to improve the efficiency of NO conversion was studied. The results indicated that the Fe-SCR of NO was O2 concentration; followed by NH3/NO ratio and GHSV had less importance. Then the modification of Cu/ZSM-5. Results showed that the most important parameter in NH3-SCR of NO over Cu/ZSM-C). Then for the most active catalysts, the additional studies were performed. Design of experiments with Taguchi method was employed to evaluate the influence of process parameters such as NH3/NO ratio, O2 concentration, and GHSV in NH334 at 300-5 and 74 over Cu/SAPO-34 nanocatalysts were the highest active catalysts for NO conversion (80 over Cu/ZSM-5 and Cu/SAPO-34, Al2O3, TiO2, for compare the activity of various metals and supports in SCR of NO with NH3. The results indicated that Cu/ZSM-5, SAPO-ZSM- NO2), emitted with exhaust gases during the combustion of fossil fuels or biofuels are among the main sources of air pollution. NOx are contributed to a variety of environmental problems including acid rain, ground level ozone (smog) and visibility degradation. Selective catalytic reduction (SCR) of NOx is one of the most efficient and economic technology for the removal of NOx by using reducing agents such as CO, H2, NH3 and hydrocarbons. Ammonia was found to be a suitable reductant for NO in the presence of oxygen, because ammonia reacts selectively with NO to produce N2. In the past few decades, numerous researches have been carried out to develop SCR catalysts such as noble metals, supported metal oxides, Zeolits and others. The NOx conversion efficiency in the catalytic reactions mostly depends on the support and the nature of active sites. Therefore, the choice of support and type of metal critically is important. In this study for achieving the goal of high performance of selective catalytic reduction of NO, we first have screened a number of different transition metal oxides (V, Co, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu and Zn) supported on different supports such as H+Nitrogen oxides, NOx (NO

نخستین پناهی، پروانه

نیایی، علیقلی، استاد راهنما

سالاری، داریوش، استاد راهنما

پیروزمند، مهتاب، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی