پایان نامه ارشد با موضوع دی اکسید کربن و انجام آنالیز

دانلود پایان نامه

۴-آنالیز (Temperature-programmed reduction) TPR
TPR روشی برای تعیین مشخصه کردن مواد جامد است و اغلب در زمینه کاتالیست هتروژن برای پیدا کردن موثرترین شرایط احیا استفاده شده است. پیشگام کاتالیست اکسید شده تحت یک افزایش دمای برنامه ریزی شده قرار میگیرد در حالیکه مخلوط گاز احیا کننده از روی آن عبور داده میشود]۴۶[. در واقع با استفاده از آنالیز مذکور میتوان به بررسی تغییرات در حین پدیده احیا پرداخت.
۵- آنالیز BET
برای مطالعه مساحت سطح و ساختار حفره میتوان از آنالیز BET استفاده کرد. اکثر کاتالیستهای هتروژن، شامل اکسیدهای فلزی، کاتالیستهای فلزی پایهدار و زئولیتها مواد متخلخل با مساحت سطح مخصوص در ناحیه بین ۱-۱۰۰۰ هستند. حفرات میتوانند در سه گروه، به نامهای میکروپر( قطر میانگین حفره کمتر از ۲ نانومتر)، مزوپر(قطر میانگین بین ۲ تا ۵۰ نانومتر) و ماکروپر( قطر بزرگتر از ۵۰ نانومتر) گروه بندی شوند. متداولترین روش استفاده شده برای تعیین مشخصه پارامترهای ساختاری مربوط به حفرات در جامدها توسط اندازهگیری ایزوترمهای جذب- دفع میباشد. حجم گاز جذب شده (معمولا نیتروژن) به عنوان تابعی از فشار جزئیاش بیان میشود]۲۷[.
مدل دستگاه مورد استفاده برای این آنالیز Belsorp mini II ساخت شرکت ژاپنی BelJapanاست. قبل از انجام آنالیز مورد نظر باید آمادهسازی نمونه انجام گیرد. جهت آماده‌سازی و خشک‌کردن مواد قبل از اندازه‌گیری و حذف بخارآب، دی اکسید کربن و یا سایر مولکولهایی که ممکن است حجم حفره‌های ماده را اشغال کرده باشند، نمونه چندین ساعت در دمای بالا قرار می‌گیرد (Degassing). این آنالیز بر اساس تئوری BET در مدلسازی جذب چند لایه‌ای مولکول‌های گاز توسط ماده، استوار است. نمودار BET یک نمودار خطی است که میزان سطح مؤثر ماده از آن استخراج می‌شود. سیستم BET بر اساس سنجش حجم گاز نیتروژن جذب و واجذب شده توسط سطح ماده در دمای ثابت نیتروژن مایع ( 77 درجه کلوین) کار می‌کند. پس از قرار گرفتن سلول حاوی نمونه مورد نظر در مخزن نیتروژن مایع، با افزایش تدریجی فشار گاز نیتروژن در هر مرحله میزان حجم گاز جذب شده توسط ماده محاسبه می‌شود. سپس با کاهش تدریجی فشار گاز میزان واجذب ماده اندازه‌گیری می‌شود و در نهایت نمودار حجم گاز نیتروژن جذب و واجذب شده توسط ماده در دمای ثابت رسم می‌شود. این سیستم بر اساس تئوری BET)Brunauer-Emmett-Teller) و همچنین مقادیر اندازه‌گیری شده جذب و واجذب ماده می‌تواند سطح ویژه، قطر ،حجم و توزیع سایز حفره‌های ماده را محاسبه نماید. روش اندازه‌گیری این سیستم هیچ‌گونه آسیبی به ماده وارد نمی‌کند]۴۷[.
ب-آنالیز مورد استفاده تست محصولات حاصل از تجزیه هیدرازین بواسطه عبور از بستر کاتالیستی
-آنالیزUV
در قسمت تجهیزات مورد استفاده در مرحله آنالیز محصولات، توضیح مختصری در مورد دستگاه UV داده شد. بعد از انجام تست راکتوری از تله نمونهگیری بعمل آمد. قبل از انجام آنالیز UV باید محلولهای موردنظر آماده شوند. هدف، شناسایی و اندازهگیری غلظت هیدرازین و آمونیاک است. به نمونه بدست آمده از تست راکتوری باید محلولهایی اضافه گردد تا ایجاد کمپلکسهای رنگی کنند تا بتوان میزان جذب را گرفت.
آمادهسازی نمونه برای آنالیز UV
البته باید به این نکته توجه داشت که ابتدا باید یک سری محلول آمونیاک و هیدرازین استاندارد تهیه
شود و منحنی کالیبراسیون بدست آید. نمونهای از منحنی کالیبراسیون در پیوست ه آورده شده است.
الف-آماده کردن محلولهای موردنیاز برای شناسایی آمونیاک
۱-محلول فنول-استون: ۷۰ گرم فنول در ۱۵ میلی لیتر اتانول و ۲۰ میلی لیتر استون حل گردید، سپس محلول با اتانول تا حجم ۱۰۰ میلی لیتر رقیق شد.
۲-محلول فنولات سدیم: این محلول باید بلافاصله قبل از استفاده تهیه شود یعنی تازه باشد. برای ساخت محلول موردنظر، ۱۰ میلی لیتر از محلول شماره ۱ را با ۱۰ میلی لیتر محلول آبی هیدروکسید سدیم ۳۰ درصد مخلوط گردید، سپس با آب تا حجم ۵۰ میلی لیتر رقیق شد.
۳-هیپوکلریت سدیم: محلول ۲ درصد تهیه شد.
در ادامه حجم مشخصی از نمونه داخل بالن ۲۵ میلی لیتری ریخته شد. سپس ۲/۵ میلی لیتر محلول فنولات سدیم و ۱ میلی لیتر محلول هیپوکلریت سدیم اضافه شد و با آب تا خط نشانه بالن رقیق شده و به مدت ۳۰ دقیقه مخلوط گردید(با استفاده از مگنت). در نهایت جذب در ناحیه ۶۲۵ خوانده شد]۴۸[.
ب- آماده کردن محلولهای موردنیاز برای شناسایی هیدرازین
۱-محلول DAB : محلول پارا-(دی متیل آمینو) بنزالدهاید ۰/۰۱ مولار تهیه گردید.
۲-محلول HCL : محلول ۰/۱۶ مولار اسید کلریدریک آماده شد.
در ادامه حجم مشخصی از نمونه داخل بالن ۱۰ میلی لیتری ریخته شد. سپس ۱ میلی لیتر محلول DAB و ۱ میلی لیتر محلول HCl اضافه گردید و با اتانول رقیق شد. اجازه داده شد تا محلول برای ۵ دقیقه در دمای اتاق بماند. سپس به سل کوارتزی منتقل شده و جذب در ناحیه ۴۸۵ نانومتر خوانده شد]۴۹[.
۴-۲-روش انجام آزمایشات
در این بخش چگونگی ساخت نانو کاتالیستها و روش ارزیابی آنها در سیستم تست راکتوری آورده شده است. با توجه به اینکه پارامترهای مختلفی در هنگام ساخت کاتالیستها موثرند و میزان تاثیرگذاریشان با هم متفاوت است، بررسی تاثیر برخی از پارامترها از بقیه مهمتر به نظر میرسند و از آنجایی که برای بررسی اثر تغییر پارامترها روی ویژگیهای کاتالیست مثل اندازه ذره و مساحت سطح نیاز به انجام آنالیزهای متفاوتی است که شرح آنها در بخش قبل آمده است و با توجه به برخی محدودیتها، تنها به بررسی ۳ پارامتر مهم پرداخته شد. به عنوان مثال برای بررسی اثر pH محلول آغشتهسازی محدودیت وجود داشت. برای اندازه گیری و کنترل pH باید از pH متر دیجیتالی استفاده میشد به طوریکه قسمت انتهایی سل که حساس به تغییرات pH میباشد کاملا در محلول فرو رود. از آنجایی که محلول مورد نظر خیلی ویسکوز است در حین بیرون آوردن pH متر از درون محلول مقداری از محلول به آن چسبیده است و به این صورت مقداری محلول که دارای میزانی از فلز مطلوب است هدر میرود و در نتیجه نمیتوان به محاسبات اعتماد نمود. در نهایت میزان فلز بارگذاری شده کمتر از میزان مورد نظر خواهد شد. از این رو پارامترهایی نظیر سرعت افزایش دمای کلسیناسیون، زمان کلسیناسیون تغییر داده شدند و بررسی اثرشان روی اندازه کریستالها با آنالیز XRD انجام گردید. همچنین میزان بار فلز کاتالیست ۱۰،۲۰و۳۰ درصد وزنی تغییر داده شد و در تست تجزیه هیدرازین به کار گرفته شدند. نوع نمک برای ساخت محلول آغشتهسازی نیز تغییر داده شد و IrCl3 نیز به عنوان نمک به کار رفت. برای مقایسه کار، کاتالیستهای نیکل-ایریدیوم بر پایه آلومینا نیز ساخته شدند و تستهای کاتالیستی مربوطه انجام گردید.
۱-۴-۲-ساخت کاتالیست
همانطور که گفته شد برای ساخت کاتالیست روش تلقیح انتخاب گردید. اما جزییات روش مذکور و چگونگی انجام آن به طور کامل روشن نبود. پس از انجام محاسبات اولیه برای تعیین میزان نمک به منظور ساخت محلول آغشتهسازی دو رویه برای ساخت کاتالیست به کار گرفته شد.
برای تعیین میزان نمک مورد نیاز ابتدا باید میزان فلز Ir موجود در نمک و یا بعبارتی تعداد مولکولهای آب موجود در نمک تعیین گردد. برای این منظور از آنالیز ICP استفاده گردید. قبل از انجام آنالیز باید نمک به صورت محلول درآید. پس میزان مشخصی نمک در بالن ژوژهای با حجم معین با آب مقطر به حجم رسانده شد و سپس آنالیز ICP صورت گرفت.
با توجه به ساخت کاتالیست با درصدهای فلز متفاوت، میزان نمک اولیه مورد نیاز برای ساخت محلول آغشتهسازی نیز متفاوت خواهد بود. پس از انجام محاسبات، میزان نمک مورد نیاز برای ساخت هر یک از کاتالیستها بدست آمد. برای ساخت محلول آغشتهسازی از اسید کلریدریک به عنوان اسید رقیب استفاده شده است. مطابق شکل (۷-۱) برای اضافه کردن اسید باید وزن آلومینای به کار رفته را در نظر داشت. با توجه به بارگذاری متفاوت فلز و اینکه میزان پایه مورد استفاده نیز متفاوت است نرمالیته HCl مصرفی نیز تفاوت میکند. حجم اسید اضافه شده برای تمامی نمونهها یک سی سی در نظر گرفته شد و با توجه به این حجم مصرفی، نرمالیته تعیین گردید. برای تعیین درصد اسید HCl غلیظ روش تیتراسون با استفاده از تیتر شونده NaOH با نرمالیته مشخص به کار رفت. محلول آغشتهسازی پس از ساخته شدن، زمان ماند ۲۴ ساعتهای را طی میکند.