تهیه نانوکاتالیست Cr/MCM-41 به روش آب گرمایی یک مرحله‌ای و بررسی فعالیت کاتالیستی آن در هیدروژن گیری از اتان به اتیلن در حضور کربن دی‌اکسید

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 8، دوره 10، شماره 2، شهریور 1395، صفحه 73-83   

نویسندگان

المیرا اصغری¹؛ محمد حقیقی^{* 2}؛ فرهاد رحمانی³

¹کارشناس ارشد مهندسی شیمی، مرکز تحقیقات راکتور و کاتالیست، دانشگاه صنعتی سهند، شهر جدید سهند، تبریز، ایران

²دانشیار مهندسی شیمی، مرکز تحقیقات راکتور و کاتالیست، دانشگاه صنعتی سهند، شهر جدید سهند، تبریز، ایران

³دانشجوی دکترای مهندسی شیمی، مرکز تحقیقات راکتور و کاتالیست، دانشگاه صنعتی سهند، شهر جدید سهند، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله تأثیر روش هیدروترمال یک مرحله‌ای در سنتز نانوکاتالیست Cr(8%)/MCM-41 به‌منظور استفاده در فرایند هیدروژن‌گیری اکسایشی تبدیل اتان به اتیلن در حضور کربن دی‌اکسید مطالعه و نتیجه‌های به‌دست ‌آمده با روش سنتز تلقیح مقایسه شد. برای بررسی ویژگی‌های فیزیکی- شیمیایی نانوکاتالیست‌ها، از روش‌های XRD ،BET ،FESEM ،FT-IR و EDX استفاده شد. الگوهای XRD تشکیل فازهای بلوری MCM-41 و Cr2O3 را اثبات کرد. بررسی تصویرهای FESEM ذرات یکنواخت و کوچک در مقیاس نانومتری و توزیع اندازه‌ی ذرات باریکی را بر روی سطح کاتالیست‌ها نشان داد. نتیجه‌های به‌دست ‌آمده از تجزیه‌ی EDX نشان داد در اثر به‌کارگیری روش آب گرمایی مستقیم، فاز فعال کروم به‌طور یکنواخت روی سطح کاتالیست پخش شده است. بر اساس نتیجه‌های به‌دست ‌آمده روش آب گرمایی یک مرحله‌ای باعث سنتز کاتالیستی با اندازه‌ی ذرات کوچک‌تر و یکنواخت‌تر در راستای بهبود ویژگی جذب و پخش شوندگی بیش‌تر نسبت به نمونه‌ی به‌دست ‌آمده از روش تلقیح شد. هم‌چنین نانوکاتالیست‌ها در فشار اتمسفری و گستره دمایی 550 تا C°700 با ترکیب خوراک 10% اتان، 50% کربن دی‌اکسید و 40% نیتروژن در یک سامانه آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نانوکاتالیست‌های سنتز شده به روش آب گرمایی یک مرحله‌ای فعالیت کاتالیستی معقول و پایداری را حتی پس از گذشت ده ساعت با بازده و انتخاب‌پذیری نسبت به اتیلن به ترتیب برابر با 42% و 97% در دمای C°700 از خود نشان داد. این نمونه انتخاب‌پذیری بهتر و بازده قابل‌رقابتی با نمونه‌ی سنتز شده به روش تلقیح از خود نشان داد.

کلیدواژه‌ها

نانوکاتالیست Cr/MCM-41؛ هیدروژن گیری؛ اتان؛ اتیلن؛ کربن دی‌اکسید

مراجع

Santander, J., López, E., Diez, A., Dennehy, M., Pedernera, M., Tonetto, G., Chemical Engineering Journal, 255, 185-194, 2014.
[2]    Quintana-Solórzano, R., Barragán-Rodríguez, G., Armendáriz-Herrera, H., López-Nieto, J.M., Valente, J.S., Fuel, 138, 15-26, 2014.
[3]    Qiao, A., Kalevaru, V.N., Radnik, J., Srihari Kumar, A., Lingaiah, N., Sai Prasad, P.S., Martin, A., Catalysis Communications, 30, 45-50, 2013.
[4]    Fu, B., Lu, J., Stair, P.C., Xiao, G., Kung, M.C., Kung, H.H., Journal of Catalysis, 297, 289-295, 2013.
[5]    Cavani, F., Ballarini, N., Cericola, A., Catalysis Today, 127, 113-131, 2007.
[6]    Skoufa, Z., Heracleous, E., Lemonidou, A.A., Journal of Catalysis, 322, 118-129, 2015.
[7]    Corberán, V.C., Catalysis Today, 99, 33-41, 2005.
[8]    Wang, S., Murata, K., Hayakawa, T., Hamakawa, S., Suzuki, K., Applied Catalysis A: General, 196, 1-8, 2000.
[9]    Wang, D., Xu, M., Shi, C., Lunsford, J., Catalysis Letters, 18, 323-328, 1993.
[10]    Abbasi, Z., Haghighi, M., Fatehifar, E., Saedy, S., International Journal of Chemical Reactor Engineering, 9, 1-19, 2011.
[11]    Parvas, M., Haghighi, M., Allahyari, S., Environmental Technology, 35, 1140-1149, 2014.
[12]    Ghodrati, M.S., Haghighi, M., Soltan Mohammadzadeh, J.S., Pourabas, B., Pipelzadeh, E., Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, 104, 49-60, 2011.
[13]    Rahmani, F., Haghighi, M., Journal of Natural Gas Science and Engineering, 27, Part 3, 1684-1701, 2015.
[14]    Rahmani, F., Haghighi, M., Amini, M., Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 31, 142-155, 2015.
[15]    Michorczyk, P., Ogonowski, J., Kuśtrowski, P., Chmielarz, L., Applied Catalysis A: General, 349, 62-69, 2008.
[16]    Asghari, E., Haghighi, M., Rahmani, F., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 418-419, 115-124, 2016.
[17]    Kondratenko, E.V., Cherian, M., Baerns, M., Su, D., Schlögl, R., Wang, X., Wachs, I.E., Journal of Catalysis, 234, 131-142, 2005.
[18]    Wang, Y., Ohishi, Y., Shishido, T., Zhang, Q., Yang, W., Guo, Q., Wan, H., Takehira, K., Journal of Catalysis, 220, 347-357, 2003.
[19]    Takehira, K., Ohishi, Y., Shishido, T., Kawabata, T., Takaki, K., Zhang, Q., Wang, Y., Journal of Catalysis, 224, 404-416, 2004.
[20]    Liu, J., Yu, L., Zhao, Z., Chen, Y., Zhu, P., Wang, C., Luo, Y., Xu, C., Duan, A., Jiang, G., Journal of Catalysis, 285, 134-144, 2012.
[21]    Yanan Li, X.H., Shujie Wu, Ke Zhang, Guangdong Zhou, Jie Liu, Kaiji Zhen, Tonghao Wu, Tiexin Cheng, Journal of Natural Gas Chemistry, 14, 207-212, 2005.
[22]    Allahyari, S., Haghighi, M., Ebadi, A., Hosseinzadeh, S., Energy Conversion and Management, 83, 212-222, 2014.
[23]    Khoshbin, R., Haghighi, M., Chinese Journal of Inorganic Chemistry, 28, 1967-1978, 2012.
[24]    Charghand, M., Haghighi, M., Aghamohammadi, S., Ultrasonics Sonochemistry, 21, 1827-1838, 2014.
[25]    Yosefi, L., Haghighi, M., Allahyari, S., Shokrani, R., Ashkriz, S., Advanced Powder Technology, 26, 602-611, 2015.
[26]    Yahyavi, S.R., Haghighi, M., Shafiei, S., Abdollahifar, M., Rahmani, F., Energy Conversion and Management, 97, 273-281, 2015.
[27]    Sharifi, M., Haghighi, M., Abdollahifar, M., Journal of Natural Gas Science and Engineering, 23, 547-558, 2015.
[28]    Sajjadi, S.M., Haghighi, M., Rahmani, F., Química Nova, 38, 459-465, 2015.
[29]    Sadeghpour, P., Haghighi, M., Iranian Journal of Chemistry & Chemical Engineering, 34, 11-27, 2015.