تأثیر ایجاد گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار بر میزان فعالیت و گزینش‌پذیری نانو کاتالیست منگنز اکسید بر پایه‌ی نانولوله‌های کربنی چند دیواره در فرایند حذف آلاینده‌ی نیتروژن اکسید

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 5، دوره 9، شماره 2، شهریور 1394، صفحه 37-46   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

مهناز پورخلیل¹؛ علیمراد رشیدی^{* 2}؛ عبدالصمد زرین قلم مقدم³؛ جعفر توفیقی³

¹استادیار مهندسی شیمی، گروه توسعه فناوری نانو و کربن، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

²دانشیار مهندسی شیمی، گروه توسعه فناوری نانو و کربن، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

³استاد مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

هدف از این پژوهش، دستیابی به یک نانو کاتالیست بر پایه‌ی نانولوله‌های کربنی با میزان فعالیت و گزینش پذیری بالا به منظور تبدیل آلاینده‌ی نیتروژن اکسید به مواد بی‌خطر نیتروژن و بخار آب است. نخست نانولوله‌ها با استفاده از روش اسیدی، عامل‌دار شده و با آزمون‌های XRD ،TEM ،FTIR ،ASAP و TGA بررسی شدند. سپس کاتالیست‌های 12 درصد وزنی منگنز اکسید بر پایه‌ی نانولوله‌های کربنی چند دیواره عامل‌دار شده/ نشده تحت روش تلقیح خشک ساخته شدند. نتیجه‌های به‌دست آمده از آزمون‌های راکتوری کاتالیست منگنز اکسید بر پایه‌ی نانولوله‌های کربنی با گروه‌های اکسیژنی O-H ،C-O ،C=O با کاتالیست بر پایه‌ی نانو لوله‌های فاقد گروه‌های عاملی، نشان داد که با ایجاد گروه‌های اکسیژن‌دار، میزان فعالیت و گزینش پذیری کاتالیست منگنز اکسید در دمای  200 درجه سانتی‌گراد به‌ترتیب از 60 به 97% و از 87 به 100% افزایش یافته است. نتیجه‌های به‌دست آمده از آزمون‌های ASAP و TEM نشان می‌دهد که ایجاد گروه‌های عامل‌دار اکسیژنی بر سطح پایه منجر به افزایش میزان پراکندگی منگنز اکسید بر روی پایه از طریق افزایش مساحت سطح پایه شده است. هم‌چنین نتیجه‌های آزمون H₂-TPR افزایش احیاپذیری کاتالیست بر پایه‌ی نانولوله‌های کربنی عامل‌دار شده در اثر افزایش دسترسی به فاز فعال منگنز اکسید بر روی سطح پایه‌ی عامل‌دار شده را تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

نانولوله‌های کربنی چند دیواره؛ منگنز اکسید؛ گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار؛ نیتروژن اکسید

مراجع

[1]    Castillo-Marcano, S.J.; Bensaid, S.; Deorsola, F.A.; Russo, N.; Fino, D.; Fuel, 149, 78–84, 2015
[2]    Yang, W.F.; Hsing, H.J.; Yang, Y.C.; Shyng, J.Y.; Journal of Hazardous Materials, 148(3), 653-659, 2007.
[3]    Forzatti, P.; Nova, I.; Tronconi, E.; Industrial & Engineering Chemistry Research, 49(21), 103-108, 2010.
[4]    Ko, J.H.; Park, S.H.; Jeon, J.K.; Kim, S.S.; Kim, S.C.; Kim, J.M.; Chang, D.; Park, Y.K.; Catalysis Today, 185(1), 290-295, 2012.
[5]    Liu, Y.; Gu, T.; Wang, Y.; Weng, X.; Wu, Z.; Catalysis Communications, 18(0), 106-109, 2012.
[6]    Chen, Z.; Wang, F.; Li, H.; Yang, Q.; Wang, L.; Li, X.; Industrial & Engineering Chemistry Research, 51(1), 202-212, 2011.
[7]    Kang, M.; Park, E.D.; Kim, J.M.; Yie, J.E.; Catalysis Today, 111(3–4), 236-241, 2006.
[8]    Uddin, M.A.; Shimizu, K.; Ishibe, K.; Sasaoka, E.; Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 309, 178-183, 2009 .
[9]    Tian, W.; Yang, H.; Fan, X.; Zhang, X.; Journal of Hazardous Materials, 188(1–3), 105-109, 2011.
[10]    Notoya, F.; Su, C.; Sasaoka, E.; Nojima, S.; Effect of SO2 on the Low-Temperature Selective.
[11]    Boyano, A.; Lázaro, M.J.; Cristiani, C.; Maldonado-Hodar. F.J.; Forzatti, P.; Moliner, R.; Chemical Engineering Journal, 149(1–3), 173-182, 2009.
[12]    Garcı́a-Bordejé, E.; Kapteijn, F.; Moulijn, J.A.; Carbon, 40(7), 1079-1088, 2002.
[13]    Izquierdo, M.T.; Rubio, B.; de-Yuso, A.M.; Ballestero, D.; Fuel Processing Technology, 92(7), 1362-1367, 2011.
[14]    Tang, X.; Hao, J.; Yi, H.; Li, J.; Catalysis Today, 126(3–4), 406-411, 2007.
[15]    Lu, C.Y.; Wey, M.Y.; Fuel, 86(7–8), 1153-1161, 2007.
[16]    Su, D.S.; Maksimova, N.; Delgado, J.J.; Keller, N.; Mestl, G.; Ledoux, M.J.; Schlögl, R.; Catalysis Today, 102–103, 110-114, 2005.
[17]    Bai, S.L.; Zhao, J.H.; Wang, L.; Zhu, Z.P.; Journal of Fuel Chemistry and Technology, 37(5), 583-587, 2009.
[18]    Roy, S. Hegde, M.S.; Madras, G.; Applied Energy, 86, 2283-2297, 2009.
[19]    Serep, P.; Corrias, M.; Kalck, P.; General, 253(2), 337-358, 2003.
[20]    Bahome, M.C.; Jewell, L.L.; Padayachy, K.; Hildebrandt, D.; Glasser, D.; Datye, A.K.; Coville. N.J.; Applied Catalysis A: General, 328(2), 243-251, 2007.
[21]    Eswaramoorthi, I.; Sundaramurthy, V.; Das, N.; Dalai, A.K.; Adjaye, J.; Applied Catalysis A: General, 339(2), 187-195, 2008.
[22]    Pereira, M.F.R.; Figueiredo, J.L.; Órfão, J.J.M.; Serp, P.; Kalck, P.; Kihn, Y.; Carbon, 42(14), 2807-2813, 2004.
[23]    Yang, S.; Li, X.; Zhu, W.; Wang, J.; Descorme, C.; Carbon, 46(3), 445-452, 2008.
[24]    Talaei, Z.; Mahjoub, A.R.; Rashidi, A.M.; Amrollahi. A.; Emami-Meibodi, M.; International Communications in Heat and Mass Transfer, 38(4), 513-517, 2011.
[25]    Mazov, I.; Kuznetsov, V.L.; Simonova, I.A.; Stadnichenko, A.I.; Ishchenko, A.V.; Romanenko, A.I.; Tkachev, E.N.; Anikeeva, O.B.; Applied Surface Science, 258(17), 6272-6280, 2012.
[26]    Hou, Y.; Cheng, Y.; Hobson, T.; Liu, J.; Nano Letters, 10(7), 2727-2733, 2010.
[27]    Huang, Y.; Tong, Z.Q.; Wu, B.; Zhang, J.F.; Journal of Fuel Chemistry and Technology, 36(5), 616-620, 2008.
[28]    Liuqing, T.; Daiqi, Y.; Hong, L.; Catalysis Today, 78(1–4), 159-170, 2003.
[29]    Huang, B.; Huang, R.; Jin, D.; Ye, D.; Catalysis Today, 126(3–4), 279-283, 2007.
[30]    Qi, G.; Yang, R.; Chang, R.; J. Catal. Lett., 87(1-2), 67-71, 2003.
[31]    Wu, Z.; Jiang, B.; Liu, Y.; Applied Catalysis B: Environmental, 79(4), 347-355, 2008.
[32]    Park, E.; Le, H.A.; Kim, Y.S.; Chin, S.; Bae, G.N.; Jurng, J.; Materials Research Bulletin, 47(4), 1040-1044, 2012.
[33]    Carja, G.; Kameshima, Y.; Okada, K.; Madhusoodana, C.D.; Applied Catalysis B: Environmental, 73, 60-64, 2007.
[34]    Sultana, A.; Sasaki, M.; Hamada, H.; Catalysis Today, 185(1), 284-289, 2012.
[35]    European Patent Office, Continuous process for producing carbon nanotube, United States Patent and Trademark Office, US 2008/0274277, EP 1 837 306, B1 2007.
[36]    Xing, Y.; Li, L.; Chusuei, C.C.; Hull, R.V.; Langmuir, 21(9),4185-4190, 2005.
[37]    Benoit-Ruelle, M.H.; Dubois, P.H.; Implication as nanofiller in polymeric matrices, CIRMAP, 2010.
[38]    Liu, M.; Yang, Y.; Zhu, T.; Liu, Z.; Carbon,  43(7), 1470-1478,  2005.
[39]    Zhao, C.; Ji, L.; Liu, H.; Hu, G.; Zhang, S.; Yang, M.; Yang, Z.; Journal of Solid State Chemistry, 177(12), 4394-4398, 2004.
[40]    Vesali-Naseh-AAK, M.; Mortazavi, Y.; Alizadeh-Sahraei, O.; Pourfayaz, F.; Mosadegh-Sedghi, S.; International Journal of Chemical and Biological Engineering, 2(2), 66-68, 2009.
[41]    Hemraj-Benny, T.; Bandosz, T.J.; Wong, S.S.; Journal of Colloid and Interface Science, 317(2), 375-382, 2008.
[42]    Jiang, L.; Gao, L.; Carbon, 41(15), 2923-2929, 2003.
[43]    Zhang A.M.;  JLD, Q.H.; Xu, H.K.; Rhee, X.L.; Catalysis Today, 93-95, 347–352, 2004.
[44]    Motchelaho, M.A.M.; Xiong, H.; Moyo, M.; Jewell, L.L.; Coville, N.J.; Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 335(1–2), 189-198, 2011.
[45]    Harutyunyan, A.R.; Pradhan, B.K.; Chang, J.; Chen, G.; Eklund, P.C.; The Journal of Physical Chemistry B, 106(34), 8671-8675, 2002.
[46]    Kundu, S.; Wang, Y.; Xia, W.; Muhler, M.; The Journal of Physical Chemistry C, 112(43), 16869-16878, 2008.
[47]    Kish, S.S.; Rashidi, A.; Aghabozorg, H.R.; Moradi, L.; Applied Surface Science, 256(11), 3472-3477, 2010.
[48]    آقابزرگ، ح. ر.؛ صفری-کیش، س.؛ رشیدی، ع.؛ نشریه پژوهش‌های کاربردی در شیمی، 12، 29، 1388.  
[49]    Zhang, L.; Ni, Q.Q.; Fu, Y.; Natsuki, T.; Applied Surface Science, 255(15), 7095-7099, 2009.
[50]    Smirniotis, P.G.; Sreekanth, P.M.; Peña, D.A.; Jenkins, R.G.; Industrial & Engineering Chemistry Research, 45(19), 6436-6443, 2006.
[51]    Jiang, B.; Liu, Y.; Wu, Z.; Journal of Hazardous Materials, 162(2–3), 1249-1254, 2009.