مطالعه و بهینه سازی برخی نانوکاتالیزورهای اکسیدهای فلزی مختلط در فرآیند کاهش کاتالیزوری انتخابی آلاینده nox
چکیده
در پروژه پژوهشی حاضر، برخی کاتالیزورهای اکسید فلزی مختلط با ساختارهای پروسکیتی، اسپینلی و محلول جامد ceo2-mox (m=mn, fe, co, ni & cu) با روش های سل-ژل تهیه شده و خواص فیزیکی و شیمیایی آنها با تکنیک های xrd, tem, bet, tpr شناسایی شدند. کارایی نمونه های تهیه شده در فرآیند کاهش کاتالیزوری no با کاهنده آمونیاک بررسی شد. پروسکیت ها و اسپینل های تهیه شده به دلیل توان بالای اکسندگی در اکسایش آمونیاک، فعالیت بسیار پایینی در کاهش کاتالیزوری no داشتند. اکسیدهای مختلط ceo2-mnox و ceo2-feox تهیه شده با نسبت های مختلف که مطابق با نتایج xrd و tem به صورت محلول جامد تشکیل شده بودند، بهترین عملکرد را فرآیند کاهش کاتالیزوری no با آمونیاک داشتند. مطابق نتایج h2-tpr، بهبود کاهش پذیری در نتیجه اثر هم افزایی بسیار قوی بین گونه های سریم و منگنز و یا آهن عامل اصلی فعالیت بالای این کاتالیزورهای محلول جامد بود. اکسید مختلط ceo2-mnox(0.25) به عنوان کاتالیزور بهینه مرحله غربالگری با 83% تبدیل no و 68% بازده تولید n2 در دمای °c 200 انتخاب شد. در ادامه تاثیر روش های گوناگون سنتز مانند هیدروترمال، هم رسوبی و هم رسوبی هموژن و همچنین لودینگ فلزات قلیایی خاکی بر عملکرد کاتالیزور بهینه مطالعه شد. اکسید مختلط ceo2-mnox(0.25) تهیه شده با روش های سل-ژل، هیدروترمال و همرسوبی با اوره عملکرد تقریباً مشابهی داشتند. لودینگ فلز قلیایی خاکی باریم، به دلیل ایجاد سایت های بازی با توزیع بالا بر روی سطح کاتالیزور و افزایش جذب گونه های no (مطابق نتایج tem و co2-tpd)، افزایش قابل توجهی در تبدیل no و گزینش پذیری به n2 اکسید مختلط ceo2-mnox(0.25) را به همراه داشت. به گونه ای که با لودینگ 7% مولی باریم عملکرد کاتالیزور ceo2-mnox (0.25) تا 91% درصد تبدیل no و 80% بازده تولید n2 در دمای °c 200 افزایش یافت. یک مدل درجه دوم با ضریب همبستگی نزدیک به یک برای مدلسازی تاثیر برخی پارامترهای عملیاتی (درصد اکسیژن (%v/v)، نسبت nh3/no در خوراک، ghsv و دمای واکنش (°c)) بر عملکرد کاتالیزور بهینه (ceo2-mnox(0.25)-7% ba) با روش رویه سطح بدست آمد. مطابق این مدل، ghsv موثرترین پارامتر بر درصد تبدیل no و نسبت nh3/no نیز موثرترین پارامتر بر گزینش پذیری به n2 کاتالیزور بهینه بود. در شرایط عملیاتی بهینه، کارایی این کاتالیزور تا 7/96% تبدیل no و 1/92% گزینش پذیری به n2 افزایش یافت. در نهایت کاتالیزور ceo2-mnox (0.25) بر پایه های مختلف zsm-5، tio2 و sapo-34 با روش سل ژل بارگذاری شدند. مطابق نتایج nh3-tpd و h2-tpr، خواص اسیدی سطح پایه به تنهایی تعیین کننده فعالیت کاتالیزور نبوده، بلکه با تلفیق خواص اکسایش-کاهش تعیین کننده عملکرد کاتالیزور می باشد. کاتالیزور ceo2-mnox(0.25)/sapo-34 که بیشترین اسیدیته را دارا بود، به دلیل خصلت اکسایش-کاهش ضعیف، فعالیت بسیار پایینی داشت. کاتالیزور بارگذاری شده بر پایه zsm-5 که خواص اسیدیته سطح و اکسایش-کاهش بالایی را در کنار یکدیگر داشت، بالاترین فعالیت را دارا بود. نتایج این بخش نشان داد که تنها با بارگذاری 20% وزنی ceo2-mnox(0.25) بر روی پایه zsm-5، عملکرد بهتری نسبت به اکسید مختلط ceo2-mnox(0.25) در دماهای °c 400-200 حاصل خواهد شد.
