توسعه مدل سینتیکی وابسته به ابعاد فاز فعال برای فرآیند غیر فعال شدن نانوکاتالیزورها در واکنش های کاتالیزوری ناهمگن
چکیده
در این پایان نامه نقش ابعاد فاز فعال کاتالیزور کبالت بر پایه کربن نانوتیوب (co/cnt) در روند غیر فعال شدن آن در طی واکنش سنتز فیشر-تروپش مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از روش ترمودینامیکی– سینتیکی مدل مناسبی برای ایجاد ارتباط بین فعالیت کاتاالیزور و ابعاد فاز فعال توسعه داده شد. اطلاعات تجربی مورد نیاز برای بررسی پارامترهای تجربی روابط سینتیکی از گزارشات قبلی استخراج گردید. نانو لوله های کربنی (cnt) به عنوان پایه کاتالیزور کبالت به کاتالیزور در کنترل بهتر توزیع فلز کمک می کنند و واکنش بین فاز فلزی با پایه (تشکیل ترکیبات مخلوط شده) را به حداقل می رسانند. علاوه بر این cntها به عنوان پایه کاتالیزور کبالت، بهترین پایه برای بررسی اثرات اندازه ذرات کاتالیزور در کبالت پایه ای شده ا ست. زیرا تعامل کم بین نانوذرات پایه و کبالت وجود دارد. بنابراین کلوخه شدن کاتالیزور یکی از مکانیسم های مهم غیرفعال شدن در کاتالیزورco/cnt در واکنش فیشر- تروپش است. با افزایش ابعاد فاز فعال از 4/8 به 12/4 نانومتر، انرژی فعال سازی کاتالیزور از 89 به 98 کیلو ژول بر مول و گرمای ظاهری جذب کاتالیزور از 74 به63 کیلو ژول بر مول کاهش می یابد. براساس اصل ساباتیر ، واکنش سطح (انرژی فعال سازی) با گرمای جذب سطحی رفتاری مخالف را نشان می دهند و با افزایش گرمای جذب سطحی برای یک واکنشگر بر روی سطح فعالیت کاتالیزور از یک مقدار ماکزیمم عبور می کند. یعنی همواره افزایش گرمای جذب سطحی برای افزایش فعالیت یک کاتالیزور پارامتر مطلوبی نیست و اگر این مقدار از یک حدی عبور کند آنوقت آن واکنشگر چنان محکم به سطح متصل می شود که خود باعث کاهش فعالیت کاتالیزور می شود. نتایج ما با اصل ساباتیر همخوانی دارد ورفتار پیچیده ی کاتالیزور با در نظر گرفتن اندازه ذرات را می توان با توجه به این اصل توجیه کرد. در صورتیکه کلوخه ای شدن تنها عامل غیر فعال شدن کاتالیزور ما باشد، اندازه ذرات کبالت فلزی در پایان واکنش 11/3 نانومتر باشد. اما آنچه که از تجربه بدست می آید، اندازه ذرات کاتالیزور واقعی براساس داده های پراش اشعه ایکس و تصاویر میکروسکوپ الکترونی برابر با 10/7 نانومتر است. این تفاوت ناشی از این است که ما تنها راه غیرفعال شدن کاتالیزور در co/cnt را کلوخه شدن در نظر گرفتیم، در حالی که تنها راه غیرفعال شدن کاتالیزور co/cnt کلوخه شدن نیست. پارامترهای سینتیکی غیرفعال شدن کاتالیزور تنها با در نظر گرفتن کلوخه شدن ذرات کاتالیزور ارائه شده است. تفاوت بین نتایج تجربی و نتیجه سرعت فیشر-تروپش که در آن کلوخه شدن عامل اصلی غیرفعال سازی کاتالیزور در نظر گرفته شده است دیده می شود. این تفاوت بین داده های تجربی و محاسبه شده ناشی از غیرفعال شدن کاتالیزور توسط رسوب کردن کربن(کک) است. غیرفعال شدن کاتالیزور کبالت بر روی پایه کربن نانوتیوب از طریق کلوخه شدن مهمترین عامل غیرفعال سازی است چون هیچ تعاملی بین پایه و سایت های فعال کاتالیزور کبالت رخ نمی دهد