حذف علف‌کش‌ کشاورزی بنتازون از طریق فرآیند تخریب فتوکاتالیستی با استفاده از کامپوزیت نانوساختار TiO2/Clinoptilolite با هدف مطالعه پتانسیل پایه طبیعی کلینوپتیلولیت و اثر مقدار TiO2 بارگذاری شده بر روی بازده فرآیند، ارزیابی شد. بدین منظور، فتوکاتالیست‌های TiO2/Clinoptilolite حاوی مقادیر متفاوتی از دی‌اکسید تیتانیم (%.wt 40 و 30، 20، 10) با استفاده از روش ساده و ارزان تلقیح مرطوب سنتز شدند و تحت آنالیز‌های XRD, FESEM, EDX, BET, PL, UV-vis قرار گرفتند. نتایج تست‌های شناسایی صحت سنتز نمونه‌های سنتزی را تایید کرد و نشان داد که به کارگیری پایه زئولیتی علاوه بر کاهش سرعت بازترکیب جفت‌های الکترون- حفره، پراکندگی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم را بهبود داده و تجمع این ذرات را کاهش می‌دهد. نتایج تست‌های راکتوری نشان داد که با افزایش مقدار بارگذاری TiO2 تا %.wt 30، بازده حذف بنتازون افزایش می‌یابد که این افزایش به دلیل تعداد سایت‌های فعال در دسترس بیشتر است. با افزایش بیشتر مقدار بارگذاری به دلیل افزایش تعداد کلوخه‌ها بر روی سطح کاتالیست و کاهش میزان جذب سطحی، درصد حذف فتوکاتالیستی کاهش می‌یابد. مطالعات سینتیکی نیز بیانگر سرعت تخریب بیشتر بنتازون به وسیله نمونه حاوی %.wt 30 دی‌اکسید تیتانیم و تبعیت نتایج از واکنش مرتبه اول است. برای حصول اطمینان از کارآیی فتوکاتالیست منتخب در حذف سایر سموم کشاورزی، کارآیی آن در حذف فتوکاتالیستی علف‌کش پاراکوات نیز بررسی شد که نتایج نشان از عملکرد مطلوب فتوکاتالیست سنتزی بود. به این ترتیب می‌توان نتیجه گرفت که تثبیت مقدار بهینه دی‌اکسید تیتانیم بر روی کلینوپتیلولیت، علاوه بر جداسازی بهتر و راحت‌تر به بهبود خواص نوری و ساختاری و در نهایت افزایش عملکرد فتوکاتالیستی منجر می‌شود.

در پژوهش حاضر، فرآیند فتوکاتالیستی شکافت آب برروی نانوذرات تیتانیای تثبیت شده بر پایه زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت و نیز کلینوپتیلولیت فرآوری شده به‌روش تعویض یونی، با هدف پی بردن به اثرات روش فرآوری پایه بر خواص فیزیکی- شیمیایی و عملکردی فتوکاتالیست و نیز بررسی اثر پارامترهای عملیاتی مختلف از جمله زمان، مقدار فتوکاتالیست و pH محلول واکنش انجام شد. به این منظور پس از فرآوری کلینوپتیلولیت به‌روش تعویض یونی، ترکیب تیتانیا- کلینوپتیلولیت فرآوری شده حاوی 10% وزنی TiO2 به‌روش بسیار آسان و ارزان توزیع حالت جامد سنتز گردید. در بررسی خصوصیات فتوکاتالیست سنتز شده از آنالیزهایی همچون XRDا، FESEMا، EDXا، BETا، PL و UV-vis استفاده شد. نتایج آنالیزهای شناسایی، بیانگر تشکیل کلوخه‌های کمتر، توزیع بهتر ذرات TiO2 و برهم‌کنش قوی‌تر بین پایه و فلز بوده که ناشی از مساحت سطح بیشتر و دسترسی بیشتر به میکروکانال‌های زئولیت، بواسطه پایه فرآوری شده، است. توزیع مناسب ذرات TiO2 منجر به افزایش تعداد سایت‌های فعال سطحی و بازده جدایش بیشتر جفت‌های الکترون- حفره شده که در نتیجه آن فعالیت فتوکاتالیستی افزایش می‌یابد. استفاده از کلینوپتیلولیت فرآوری‌شده منجر به افزایش 30% تولید هیدروژن در مقایسه با فتوکاتالیست بر پایه کلینوپتیلولیت خام می‌شود. با بررسی نحوه اثرگذاری پارامترهای عملیاتی، حداکثر مقدار هیدروژن تولیدی (µmol g-1 h-1 74/859) در شرایط بهینه زمان واکنش h 4، pH بازی برابر با 10 و مقدار کاتالیست g/L 1 به‌دست آمد که این میزان در مقایسه با نیمه‌رسانای TiO2 خالص به‌عنوان نمونه مرجع، حدوداً افزایش دوازده برابری دارد.

در این تحقیق، پایه ترکیبی TiO2-ZrO2 با ترکیب 25% وزنی زیرکونیا و 75% وزنی تیتانیا به روش هم‌رسوبی سنتز گردیده و 5% وزنی Cr2O3 و 3% وزنی K2O به‌روش تلقیح بر‌روی پایه ترکیبی نشانده شده است. نمونه‌های سنتز شده با آنالیزهای XRDا،FESEMا،EDXا،BET و FTIR تعیین خصوصیات شده‌اند. با مطالعه در نتایج آنالیزها مشاهده شد که رسوب‌دهی Cr2O3 و K2O بر روی پایه ترکیبی TiO2-ZrO2 تأثیر به‌سزایی بر خواص سطحی و ساختاری و نیز فعالیت کاتالیستی آن در فرآیند هیدروژن‌گیری اکسایشی اتان به اتیلن در حضور دی‌اکسید‌کربن به‌عنوان عامل اکسنده ملایم داشته است. نتایج حاصل از آنالیز XRD، تشکیل فازهای کریستالی TiO2 و ZrO2 را در نمونه‌های سنتز شده تأیید می‌کند. تصاویر FESEM و EDX بیانگر تولید کلوخه‌های کروی شکل یکنواخت در مقیاس نانومتری با توزیع یکنواختی از نانوذرات بر روی سطح با متوسط اندازه تقریباً nm 75 می‌باشند. آنالیز BET مؤید سطح ویژه بالا در نمونه‌های تهیه شده است.کاتالیست Cr-K/TiO2-ZrO2 عملکرد کاتالیستی بالایی(راندمان تولید اتیلن 39% با انتخاب‌پذیری 97% در دمای 700ºC) را در این فرآیند و در حضور عامل اکسنده دی‌اکسیدکربن از خود نشان داده است که در آن Cr2O3 به‌عنوان فاز فعال با خاصیت ردوکس خود تبدیل اتان را بهبود بخشیده و K2O به‌عنوان تقویت‌کننده بازی انتخاب‌پذیری اتیلن را افزایش داده است.

در این پژوهش، نانوکاتالیست –MgO3O2Ni-Co/Al با دو نسبت (5، 5/0=) Al/Mg با استفاده از روش تلقیح سنتز و ویژگی­ های عملکردی آن ­ها در فرایند ریفورمینگ خشک متان مورد ارزیابی قرار گرفت. برای تعیین ویژگی­ های فیزیکی ـ شیمیایی نانوکاتالیست­ های سنتزی از آنالیزهایی XRD، BET، FESEM و FT-IR استفاده شد. در میان نمونه­ های سنتزی، نانوکاتالیست (5Al/Mg=)–MgO3O2Ni-Co/Al بیش­ ترین میزان فعالیت را از خود نشان داد. علت این مشاهده ویژگی­ های دلخواه نمونه سنتزی تشخیص داده شد. آنالیز XRD نشان داد که نانوکاتالیست یاد شده با نسبت Al/Mg بیش ­تر دارای اندازه بلورهای NiO ریزتر و پراکنده می­ باشد. همچنین، نتیجه­ های آنالیز BET نشان داد که این نانوکاتالیست دارای بیش ­ترین مساحت سطح می­ باشد. بر اساس تصویرهای آنالیز FESEM، نانوکاتالیست (5Al/Mg=) –MgO3O2Ni-Co/Al دارای ذره ­های نانومتری با توزیع یکنواخت ­تری در سطح نمونه می­ باشد. آزمون پایداری نمونه برتر برای مدت 600 دقیقه بیانگر ثابت ماندن میزان تبدیل خوراک و بازده 2H و CO می­ باشد.

فرآیند‌ فوتوکاتالیستی یکی از روش‌های تصفیه نوین می‌باشد که می‌تواند در تصفیه‌ فاضلاب‌های حاوی آلاینده‌های اولویت‌دار مانند کروم شش‌ظرفیتی بطور موثر مورد استفاده قرار گیرد. لذا، در این مطالعه اثرات پارامترهای عملیاتی مختلف و شرایط بهینه آنها به منظور احیاء کروم شش‌ظرفیتی در حضور نانوکامپوزیت ZnO/HZSM-5 با استفاده از روش فاکتوریل کامل بررسی شد. در این تحقیق نانوکامپوزیت ZnO/HZSM-5 با روش هیدروترمال- تلقیح سنتز شد. ساختار نانوکامپوزیت و مرفولوژی آن توسط تکنیک‌های XRDا،UV/vis و FESEM مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی احیاء فوتوکاتالیستی کروم شش‌ظرفیتی با استفاده از نانوکامپوزیت ZnO/HZSM-5 از تکنیک طراحی آزمایش فاکتوریل کامل استفاده شد. اثرات پارامترهای: زمان واکنش، pH، شدت نور UV و غلظت اولیه کروم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از تست XRD بیانگر این بود که ساختار نانوکامپوزیت به‌درستی تشکیل شده و دارای فاز کریستالی می‌باشد، تصاویر FESEM نشان داد که فاز فعال (ZnO) به‌صورت یکنواختی با اندازه نانومتریک در سطح آن پخش شده است. نتایج حاصل از تست فیشر (F-Value) مشخص نمود که غلظت اولیه‌ کروم شش‌ظرفیتی تاثیرگذارترین پارامتر برروی فرآیند می‌باشد. تحت شرایط بهینه (غلظت اولیه کروم mg/L 10، شدت نور W 125، pH برابر 5 و زمان واکنش min 60) راندمان حذف 72/98% با مطلوبیت 985/0 برای کروم شش‌ظرفیتی حاصل شد. در نهایت، آنالیز احتمال نرمال نشان داد که داده‌ها از توزیع نرمالی برخوردار می‌باشند. از این‌رو، روش فاکتوریل کامل می‌تواند به‌عنوان یک روش موثر به منظور بهینه‌سازی شرایط عملیاتی فرآیند‌های فوتوکاتالیستی در حذف کروم شش‌ظرفیتی مورد استفاده قرار گیرد.

در این تحقیق هیدروژن‌گیری اتان در حضور دی‏اکسیدکربن روی کاتالیست‌های کروم توزیع‏شده روی SAPO-34 به‏روش سونوشیمی و غربال مولکولی نانوساختار LaAPSO-34، با هدف پی بردن به اثرات ماهیت پایه بر خواص فیزیکی- شیمیایی و عمل‏کردی کاتالیست و بررسی ورود فلز لانتانیوم به آن انجام شد. مانند SAPO-34، غربال مولکولی نانوساختار LaAPSO-34 به‏روش هیدروترمال یک‏مرحله‌ای با موفقیت ساخته شد و آنالیزهای XRDا، FESEMا، FTIRا، BET و EDX این امر را تایید کردند. براساس نتایج خصوصیت‏سنجی، وارد کردن فلز لانتانیوم به داخل ساختار SAPO-34، ضمن تکامل بلورینگی، سبب افزایش سطح ویژه SAPO-34 شد که توزیع بهتر ذرات کروم و مورفولوژی سطحی یک‏نواخت‌تری را به‏دنبال داشت. این خواص سطحی مناسب نانوکاتالیست سنتزی وجود ذرات کروم ردوکسی تثبیت‏شده بیش‏تر روی سطح را، در مقایسه با پایه(0.3) SAPO-34، نوید می‌دهند که به کارایی و پایداری چشم‏گیر نانوکاتالیست(0.3)Cr/LaAPSO-34 می‏انجامند. ارزیابی عمل‏کردی نمونه‌ها بیانگر کارایی قابل‏قبول نانوکاتالیست‌های سنتزی است. با تقویت SAPO-34 با فلز لانتانیوم نیز یک پایه بسیار موثر برای کاتالیست‌های کروم‏بنیان در فرآیند هیدروژن‌گیری اکسایشی ایجاد خواهد شد. مشاهده شد که نانوکاتالیست(0.3)Cr/LaAPSO-34 به‏خوبی اتان را در حضور CO2 و در دمای 700ºC، حتی پس از گذشتhr 5 از انجام واکنش، به اتیلن تبدیل می‌کند و راندمان تولید و انتخاب‌پذیری اتیلن به‏ترتیب 45 و 93% است. واضح است که حساسیت کم‏تر به غیرفعال شدن در طول مسیر انجام واکنش ناشی از اثر هم‌افزایی حضور لانتانیوم و انرژی التراسوند بر بهبود پایداری کاتالیست است.

کاتالیست‌های نیکلی کارآیی خوبی در فرآیند هیدروژن‌گیری اکسایشی اتان و تولید اتیلن از خود نشان داده‌اند. منیزیم اکسید و زیرکونیم اکسید به‌ترتیب جهت تامین خاصیت بازی و اسیدی کاتالیست مورد نیاز مورد استفاده قرار گرفتند. به این منظور، نانوکاتالیست Ni/Z25M75 سنتز شد و جهت استفاده در تبدیل اتان به اتیلن در حضور دی‌اکسیدکربن و اکسیژن مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور مقایسه دو روش سل-ژل و تلقیح و تاثیر آن‌ها بر کارآیی کاتالیست‌ها در مطالعه این فرآیند، کاتالیست با ترکیب درصد Ni/Z25M75، با استفاده از این دو روش تهیه شدند. خصوصیات نانوکاتالیست‌های سنتز شده توسط آنالیزهای XRDا، FESEMا، EDXا، BET و FTIR مشخص شدند. براساس نتایج آنالیز XRD، در نمونه سنتز شده به روش تلقیح، اندازه کریستال‌های کوچک‌تری دارد. همچنین، تصاویر FESEM نشان داد ذرات نمونه سنتز شده با استفاده از روش سل-ژل بزرگ‌تر می‌باشند. در نهایت، ارزیابی عملکرد نانوکاتالیست‌های سنتز شده در محدوده دمای 650ºC-500 صورت گرفت. براساس نتایج تست‌های رآکتوری نانوکاتالیست سنتز شده به روش تلقیح کارآیی بهتری از نظر تبدیل اتان و بازده اتیلن از خود نشان داد. در این مطالعه، با استفاده از نانوکاتالیست تلقیح بازده 23/67% برای تولید اتیلن از اتان به‌دست آمد.

مصرف بیوگاز در فرآیند ریفورمینگ خشک متان در حضور کاتالیستی فعال و پایدار، دارای مزایای اقتصادی و محیط زیستی فراوانی است. کاتالیست Ni/Al2O3 علیرغم داشتن فعالیت بالا در ریفورمینگ خشک متان، دارای پایداری ضعیفی در این فرآیند بوده که دلایل آن کک گرفتگی و کلوخه شدن فاز فعال می‌باشد. لذا در این پژوهش تأثیر روش سنتز (تلقیح و سل-ژل) بر خواص فیزیکی-شیمیایی، فعالیت و پایداری کاتالیست Ni/Al2O3 مورد بررسی قرار گرفته است. ارزیابی خواص فیزیکی-شیمیایی نانوکاتالیست‌ها توسط آنالیزهای PSD ،BET ،FTIR FESEM ،XRD و TG-DTG نشان داد، روش سل-ژل سبب تولید فاز آمورف، توزیع یکنواخت نانو ذرات و سطح ویژه بالاتری نسبت به روش تلقیح گردید. آنالیز FTIR حضور گروه‌های عاملی مطلوب بر سطح کاتالیست‌ها و عدم تولید ترکیبات اسپینل را به همراه آنالیز XRD اثبات کرد. آنالیز PSD نشان داد سنتز Ni/Al2O3 به روش سل-ژل ذراتی کوچکتر از nm 60 تولید کرده است. در نتیجه روش سنتز کاتالیست تأثیر بسزایی بر خواص فیزیکی-شیمیایی کاتالیست مانند بلورینگی، مورفولوژی و سطح ویژه کاتالیست‌ها داشته است. عملکرد کاتالیست‌ها با نسبت 1=CO2/CH4ا، l/g.h 24=GHSV و در دمای 550 تا C°850 ارزیابی شد و پایداری آن‌ها در hr 24 و در دمای C° 850 انجام پذیرفت. نتایج نشان دادند، کاتالیست‌های سنتز شده به روش سل-ژل دارای بهترین عملکرد بودند. گاز سنتز با نسبت بسیار نزدیک به یک (99/0) در کاتالیست Ni/Al2O3 تهیه شده به روش سل-ژل به‌دست آمد وکاهش فعالیت آن کمتر از مقدار کاهش در کاتالیست تهیه شده به روش تلقیح بود.

در این پژوهش، امکان به­کارگیری پایه­های زئولیتی و تأثیر نوع­های گوناگون آن بر روی ویژگی­های کاتالیستی و عملکرد راکتوری نانوکاتالیست کروم اکسید برای استفاده در فرایند هیدروژن­گیری اکسایشی اتان به کمک کربن دی اکسید مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا، شماری از کاتالیست­های کروم اکسید دارای 4/3 % وزنی کروم با تلقیح پایه­های زئولیتی انتخاب شده کلینوپتیلولیت، SAPO-34 و HZSM-5 تهیه شدند. بدین منظور، کلینوپتیلولیت خریداری شد و پایه­های SAPO-34 و HZSM-5 به روش هیدروترمال تهیه شدند که آنالیزهای XRD، FESEM، BET و EDX تهیه موفقیت آمیز آن­ها را تأیید کردند. تصویرهای FESEM تشکیل کلوخه­های کم­تر و پراکندگی بهتر نانوذره­های سطحی بر روی ذره­های مکعبی شکل ZSM-5 را در مقایسه با دیگر پایه­های زئولیتی تأیید کردند. نتیجه­های آنالیز TPD-NH3نشان داد که با به­کارگیری پایه کلینوپتیلولیت دستیابی به ویژگی­های اسیدی بهتری در مقایسه با دیگر پایه­های زئولیتی امکان­پذیر می­باشد که به پایداری بالای کاتالیست کمک شایانی می­کند. بر اساس نتیجه­های آنالیز EDX، به­کارگیری پایه­های تهیه شده به­ویژه HZSM-5 به دلیل سطح ویژه بالا سبب توزیع بهتر ذره­های کروم می­شود که وجود ذره­های کروم فعال (اکسایشی-کاهشی) بیش­تر بر روی سطح HZSM-5 را نوید می­دهد و این امر در کنار نانوذرات سطحی یکنواخت و تشکیل کلوخه­های کم­تر در کاتالیست تهیه شده از دلیل­های کارآیی به­تر نانوکاتالیست Cr/ZSM-5 برشمرده می­شود. براساس نتیجه­های ویژگی­سنجی، سطح ویژه پایین و توزیع نامناسب ذره­های کروم در کاتالیست Cr/Clinotilolite و پوشش سطحی و بسته شدن حفره­های SAPO-34 در کاتالیست Cr/SAPO-34 از دلیل­های اصلی پایین بودن بازدهی این کاتالیست­ها در مقایسه با به­کارگیری پایه ZSM-5 می­باشند. دیده شد که نانوکاتالیست Cr/ZSM-5 با بازده تولید اتیلن 4/45 % به­خوبی اتان را در حضور CO2 و در دمای 700 به اتیلن تبدیل می­کند. رسوب کک در نتیجه وجود سایت­های اسیدی قوی عامل اصلی روند کاهشی دیده شده برای فعالیت کاتالیست Cr/ZSM-5 با گذشت زمان می­باشد.

در این مطالعه تأثیر روش سنتز سل-ژل در مقایسه با روش پرکاربرد تلقیح بر خواص و عملکرد کاتالیست Ni-Cu/Al2O3-ZrO2 در فرآیند ریفورمینگ خشک متان مورد ارزیابی قرار گرفت. خواص کاتالیست‌ها توسط آنالیزهای XRD ، FESEM، اPSD،ا BETا، EDSا، FTIR و TG-DTG بررسی گردیدند. نتایج آنها نشان داد روش سل-ژل در مقایسه با روش تلقیح سبب افزایش یکنواختی اندازه ذرات شده، اما به دلیل فشردگی ذرات و کاهش فضاهای متخلخل، سطح ویژه کاهش یافته است. همچنین، این روش موجب تولید فازهای بسیار نزدیک به فاز آمورف شده و خاصیت بازی کاتالیست در این روش به دلیل حضور بیشتر گروه‌های عاملی OH– افزایش یافته است. عملکرد کاتالیست‌ها به صورت تابعی از دما (550 تا C°850) و به شکل تبدیل خوراک، بازدهی محصولات و نسبت گاز سنتز تولید شده در فرآیند گزارش شده‌اند. کاتالیست تهیه شده به روش سل-ژل در همه دماها دارای نتایج مناسب‌تری نسبت به کاتالیست دیگر بوده و مناسب‌ترین نتایج در دمای C°850 به دست آمده است. نسبت گاز سنتز تولیدی در این دما 94/0 بوده که نزدیک‌ترین مقدار به نسبت استوکیومتری نسبت به سایر آزمایش‌ها در این مطالعه است.

در این پژوهش، امکان به­کارگیری پایه­های زئولیتی و تأثیر نوع­های گوناگون آن بر روی ویژگی­های کاتالیستی و عملکرد راکتوری نانوکاتالیست کروم اکسید برای استفاده در فرایند هیدروژن­گیری اکسایشی اتان به کمک کربن دی اکسید مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا، شماری از کاتالیست­های کروم اکسید دارای 4/3 % وزنی کروم با تلقیح پایه­های زئولیتی انتخاب شده کلینوپتیلولیت، SAPO-34 و HZSM-5 تهیه شدند. بدین منظور، کلینوپتیلولیت خریداری شد و پایه­های SAPO-34 و HZSM-5 به روش هیدروترمال تهیه شدند که آنالیزهای XRD، FESEM، BET و EDX تهیه موفقیت آمیز آن­ها را تأیید کردند. تصویرهای FESEM تشکیل کلوخه­های کم­تر و پراکندگی بهتر نانوذره­های سطحی بر روی ذره­های مکعبی شکل ZSM-5 را در مقایسه با دیگر پایه­های زئولیتی تأیید کردند. نتیجه­های آنالیز TPD-NH3نشان داد که با به­کارگیری پایه کلینوپتیلولیت دستیابی به ویژگی­های اسیدی بهتری در مقایسه با دیگر پایه­های زئولیتی امکان­پذیر می­باشد که به پایداری بالای کاتالیست کمک شایانی می­کند. بر اساس نتیجه­های آنالیز EDX، به­کارگیری پایه­های تهیه شده به­ویژه HZSM-5 به دلیل سطح ویژه بالا سبب توزیع بهتر ذره­های کروم می­شود که وجود ذره­های کروم فعال (اکسایشی-کاهشی) بیش­تر بر روی سطح HZSM-5 را نوید می­دهد و این امر در کنار نانوذرات سطحی یکنواخت و تشکیل کلوخه­های کم­تر در کاتالیست تهیه شده از دلیل­های کارآیی به­تر نانوکاتالیست Cr/ZSM-5 برشمرده می­شود. براساس نتیجه­های ویژگی­سنجی، سطح ویژه پایین و توزیع نامناسب ذره­های کروم در کاتالیست Cr/Clinotilolite و پوشش سطحی و بسته شدن حفره­های SAPO-34 در کاتالیست Cr/SAPO-34 از دلیل­های اصلی پایین بودن بازدهی این کاتالیست­ها در مقایسه با به­کارگیری پایه ZSM-5 می­باشند. دیده شد که نانوکاتالیست Cr/ZSM-5 با بازده تولید اتیلن 4/45 % به­خوبی اتان را در حضور CO2 و در دمای 700 به اتیلن تبدیل می­کند. رسوب کک در نتیجه وجود سایت­های اسیدی قوی عامل اصلی روند کاهشی دیده شده برای فعالیت کاتالیست Cr/ZSM-5 با گذشت زمان می­باشد.