پایان نامه ارشد: ساخت و ارزیابی کاتالیزور وانادیل پیرو فسفات حاوی کبالت و کاربرد آن در اکسیداسیون انتخابی الکل ها

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی شیمی

گرایش : شیمی فیزیک

عنوان : ساخت و ارزیابی کاتالیزور وانادیل پیرو فسفات حاوی کبالت و کاربرد آن در اکسیداسیون انتخابی الکل ها

دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک

دانشکده علوم، گروه تحصیلات تکمیلی شیمی

پایان ‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.Sc.)

گرایش: شیمی فیزیک

عنوان:

ساخت و ارزیابی کاتالیزور وانادیل پیرو فسفات حاوی کبالت (Co-VPO) و کاربرد آن در اکسیداسیون انتخابی الکل ها

استاد راهنما:

دکتر وحید مهدوی

استاد مشاور:

دکتر ساسان شریفی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول – مروری بر کاتالیزور های ناهمگن

1-1- مفهوم کاتالیزور………………………………………………… 2

1-2- تاریخچه کاتالیزور………………………………………………. 3

1-3- دسته بندی کاتالیزورها……………………………………….. 5

1-3-1- کاتالیزورهای آنزیمی……………………………………….. 6

1-3-2- کاتالیزورهای همگن………………………………………… 7

1-3-3- کاتالیزورهای ناهمگن………………………………………. 7

1-3-3-1- کاتالیزور های انباشته…………………………………… 8

1-3-3-2- کاتالیزور های پایه دار……………………………………. 8

1-3-3-3- اهمیت کاتالیزور های ناهمگن…………………………. 9

1-4- فرآیند های کاتالیزور ناهمگن………………………………… 9

1-5- انواع کاتالیزورهای جامد ناهمگن…………………………… 11

1-5-1- اکسیدهای فلزی نشانده شده بر بستر جامد…………. 12

1-5-2- الک های مولکولی مبادله ی یونی شده……………….. 12

1-5-3- ترکیبات لایه ای…………………………………………….. 13

1-5-4- کاتالیزور های جامد متنوع………………………………… 13

1-5-5- کاتالیزور های همگن تثبیت شده بر بستر جامد………. 14

1-6- ویژگی های کاتالیزور های ناهمگن………………………… 14

1-6-1- فعالیت……………………………………………………… 14

1-6-2- گزینش پذیری…………………………………………….. 15

1-6-3- پایداری……………………………………………………. 16

1-6-3-1- عوامل خارجی………………………………………… 16

1-6-3-2 عوامل داخلی………………………………………….. 16

1-6-4- امکان بازیافت…………………………………………….. 18

1-6-5- تکرار پذیری………………………………………………… 18

1-6-6- هزینه……………………………………………………… 19

1-7- روش های تهیه کاتالیزور های ناهمگن………………….. 19

1-7-1- فرآیند مخلوط کردن………………………………………..19

1-7-2- فرآیند تلقیح………………………………………………. 20

1-7-3- فرآیندهای رسوب دادن………………………………….. 20

1-8- ساخت کاتالیزور های جامد……………………………….. 21

1-8-1- ترکیبات لازم برای ساخت کاتالیزور…………………….. 21

1-8-1-1- پایه کاتالیزور……………………………………………. 22

1-8-1-2- تقویت کننده ها……………………………………….. 23

1-8-1-3- نگهدارنده ها ……………………………………………23

1-9- عملیات لازم برای ساخت کاتالیزور………………………. 23

1-9-1- شست و شو……………………………………………… 23

1-9-2- خشک کردن………………………………………………. 24

1-9-3- شکل دادن………………………………………………… 25

1-9-4- کلسینه و فعال نمودن…………………………………… 25

1-10- تهیه کاتالیزور های جامد با روش های فشار بالا و هیدروترمال…25

1-11- جذب سطحی……………………………………………….. 27

1-11-1- جذب فیزیکی……………………………………………… 27

1-11-2- جذب شیمیایی…………………………………………… 28

1-11-3- اختلاف جذب فیزیکی و شیمیایی………………………. 29

1-12- تعیین مشخصات ساختاری کاتالیزور………………………. 30

1-12-1- پراش اشعه X و تعیین اندازه ذرات………………………. 30

1-12-2- تکنیکSEM و تعیین مورفولوژی و اندازه ذرات………….. 31

1-12-3- آنالیز حرارتی……………………………………………….. 31

فصل دوم – ساختار و کاربرد کاتالیزور اکسید وانادیوم فسفر (VPO) در واکنش های اکسایش

2-1- اکسایش کاتالیزوری در فاز مایع………………………………. 32

2-1- اکسایش کاتالیزوری در فاز مایع……………………………… 33

2-2- اکسایش هیدروکربن ها ……………………………………….34

2-3- اکسایش الکل ها توسط کاتالیزور های همگن و ناهمگن….35

2-4- اکسایش انتخابی بنزیل الکل به بنزآلدهید…………………. 36

2-5- تاریخچه و ساختمان کاتالیزور های اکسید وانادیم فسفر (VPO)…37

2-6- کاتالیزور VPO و ترکیب فازی آن……………………………….. 37

2-7- فعالیت های انجام شده توسط کاتالیزور VPO……………….

2-8- کاتالیزور های اکسید وانادیوم فسفر VPO)) حاوی کبالت…..46

2-9- حالت اکسایش وانادیوم در کاتالیزور در حال واکنش……….. 49

2-10- محیط کلسینه و تاثیر آن بر خصوصیات فیزیکوشیمیایی وانادیل پیرو فسفات در اکسیداسیون انتخابی n- بوتان و پروپان….50

 فصل سوم – مراحل تجربی

3-1- معرفی مواد شیمیایی……………………………………….. 52

3-1- معرفی مواد شیمیایی……………………………………….. 53

3-2- تهیه کاتالیزور VPO و کاتالیزور های VPO حاوی کبالت  ((Co/VPO

3-2-1- تهیه کاتالیزور  (VO)2P2O7………………………………….

3-2-1-1- تهیه پیش کاتالیزور (VOHPO4-0.5H2O)……………….. 54

 3-2-1-2- کلسینه کردن ((Dehydration پیش کاتالیزور  (VOHPO4-0.5H2O)…54

3-2-2- تهیه کاتالیزور های Co/VPO………………………………….

3-3- تعیین کاراکتر و خصوصیات ساختاری کاتالیزور……………….. 57

3-4- تست رآکتوری و انجام واکنش اکسیداسیون الکل……………. 57

3-5- آنالیز محصولات و شرایط آن…………………………………….. 58

3-5-1- ضرایب تصحیح…………………………………………………. 59

3-6- اکسیداسیون بنزیل الکل تحت کاتالیزور های VPO   و Co/VPO

3-6-1- بررسی اثر نوع الکل در اکسایش ها توسط کاتالیزور   (3%) Co/VPO (I)

3-6-2- بررسی اثر نوع حلال در اکسایش بنزیل الکل توسط کاتالیزور  (3%)Co/VPO (I)

3-6-3- بررسی اثر مقدار کاتالیزور  Co/VPO (I) (3%) در اکسایش بنزیل الکل…62

3-6-4- بررسی اثر تغییر نسبت اکسید کننده به ماده ی اولیه در اکسایش بنزیل الکل در حضور کاتالیزور(3%) Co/VPO (I)

3-6-5- بررسی اثر خیساندن و قابلیت کاربرد مجدد کاتالیزور  (3%) Co/VPO (I)

3-6-6- بررسی دما در اکسایش بنزیل الکل در حضور کاتالیزور 3%) Co/VPO (I)

فصل چهارم – نتایج و بحث

4-1- تعیین کاراکتر و خصوصیات ساختاری کاتالیزورها ………………65

4-1-1- مطالعه پراش اشعه X  (XRD)…………………………………

 4-1-2- مطالعه ی تکنیک SEM و تعیین مورفولوژی و اندازه ذرات…..70

4-1-3- شناسایی کاتالیزور از طریق ترموگراویمتری (TGA / DSC / DTA )…..71

4-2- تست راکتوری کاتالیزورها…………………………………………. 72

4-2-1- بررسی واکنش اکسایش بنزیل الکل در حضور کاتالیزورهای  VPOو Co / VPO  تهیه شده از روش   I و  II

4-2-1-1- بررسی اثر نوع الکل دراکسیداسیون الکل ها توسط کاتالیزور I) )  (3%) Co/VPO

4-2-1-2- بررسی اثر حلال دراکسیداسیون بنزیل الکل توسط کاتالیزورI) )  (3%) Co/VPO

4-2-1-3- بررسی اثر مقدار کاتالیزور I) ) Co/VPO (3%) در اکسیداسیون بنزیل الکل…76

4-2-1-4- بررسی اثر خیساندن و قابلیت کاربرد مجدد کاتالیزور  I) )  (3%) Co/VPO

4-2-1-5- بررسی اثر تغییر نسبت اکسید کننده به ماده اولیه در واکنش اکسیداسیون بنزیل الکل توسط  کاتالیزور  I))  (3%) Co/VPO

4-2-1-6- بررسی اثر دما دراکسیداسیون بنزیل الکل توسط  کاتالیزور I) ) (3%) Co/VPO

4-3- نتیجه گیری…………………………………………………………. 81

مراجع……………………………………………………………………..82

چکیده:

 در این پایان نامه، کاتالیزور وانادیل پیرو فسفات حاوی درصدهای مختلف وزنی کبالت با استفاده از روش تلقیح Impregnation)) ساخته شده و کاتالیزور بهینه VOHPO4-0.5H2O شامل 3 درصد وزنی از کبالت شناسایی شد. ساختار کاتالیزور از طریق تکنیک هایی همچونXRD ،SEM  و   TG/DTA/DSC شناسایی شده است. سپس اکسایش بنزیل الکل در مجاور اکسنده ی ترشیو بوتیل هیدرو پراکساید (TBHP) در حلال استو نیتریل مورد مطالعه قرار گرفت. برای آنالیز محصولات شیمیایی، از دستگاه کروماتوگرافی گازی مجهز به آشکار ساز یونش شعله ای (FID) استفاده می شود.

در این سیستم کاتالیزوری، اثر مقدار کاتالیزور، اثر دما، اثر نوع الکل، اثر خیساندن، اثر قابلیت تکرار پذیری و کاربرد مجدد، اثر نسبت مولی اکسید کننده به ماده اولیه مورد بررسی قرار گرفت و در هر مورد مقادیر مناسب و بهینه شناسایی شد. در این واکنش ها، ماده اولیه (بنزیل الکل) با استفاده از اکسنده (ترشیو بوتیل هیدرو پراکساید) اکسایش پیدا کرده و محصول اصلی واکنش که بنز آلدهید می باشد را تولید می کند، علاوه بر آن محصولاتی همچون بنزوئیک اسید و بنزیل بنزوات، در مقادیر کم به عنوان محصولات فرعی تشکیل شدند.

فصل اول: مروری بر کاتالیزور های ناهمگن

1-1- مفهوم کاتالیزور

کاتالیزور ماده ای است که سرعت یک واکنش شیمیایی را افزایش دهد بدون آن که در فرآورده های نهایی ظاهر شود. عبارت کاتالیزور از دو لغت یونانی تشکیل می گردد. پیشوند «کاتا» به معنی پایین و فعل «لیزین» به معنی پخش یا شکست یا بیدار کردن میل ترکیبی خفته می باشد. یک کاتالیزور نیروی طبیعی را که مانع انجام واکنش می گردد از بین می برد[1].

هنگامی که کاتالیزور به صورت محلول در محیط واکنش است کاتالیزور همگن و وقتی که کاتالیزور فازی مجزا از فاز واکنش تشکیل می دهد، کاتالیزور ناهمگن نامیده می شود. در اکثر موارد کاتالیزور ناهمگن، کاتالیزور جامدی است که از تماس با آن واکنش گر های گازی یا مایع متحول می شوند و در نتیجه بیشتر اوقات عبارت کاتالیزور تماسی برای نامیدن کاتالیزور ناهمگن به کار می رود[2].

برای کامل نمودن تعریف کاتالیزور، لازم است نکات زیر به آن اضافه گردد:

1) کاتالیزور می تواند یک ماده جامد، مایع، گاز و یا یک مجموعه پیچیده باشد.

2) کاتالیزور عمل سرعت واکنش را به عهده دارد، همچنین می تواند نقش جهت  دهندگی داشته باشد.

3) کاتالیزور دارای عمر مشخصی است و در اثر انجام واکنش به تدریج فعالیت و گزینش پذیری خود را از دست می دهد.

 4) هیچ رابطه­ی استوکیومتری بین مقدار ماده ای که تبدیل می شود و مقدار کاتالیزوری که فعالیت خود را از دست می دهد وجود ندارد.

5) یک واکنش که از نظر ترمودینامیکی امکان پذیر نمی باشد، در مجاورت کاتالیزور نیز امکان پذیر نخواهد بود. زیرا کاتالیزور در ترمودینامیک واکنش دخالتی ندارد.

2-1- تاریخچه کاتالیزور

قدمت استفاده از کاتالیزور به گذشته های دور بر می گردد. به عنوان مثال می توان از مصرف آن در تولید سرکه با واکنش تخمیر و استفاده از آن در تهیه صابون از چربی و روغن نام برد. در اوایل قرن نوزدهم، اکتشافات بسیار مهمی در شیمی و فیزیک اتفاق افتاد و مشاهده شد تعدادی از واکنش های شیمیایی تحت تأثیر مقادیر بسیار کمی از موادی که در واکنش مصرف نمی گردند قرار می گیرند[3]. گزارشاتی از نیمه اول قرن هجدهم وجود دارد که درباره آنچه که ما امروز فعل و انفعال کاتالیستی می نامیم، صحبت نموده است. در سال 1806، کلمنت[1] نظریه ای را در مورد چگونگی دخالت اکسیدهای نیتروژن در تشکیل اسید سولفوریک در اتاقک های سربی و افزایش سرعت آن ارائه نمود. به طوری که مونوکسید نیتروژن آزاد شده دوباره می تواند این چرخه را تکرار کند. چند سال بعد در سال 1814، کیرشهف[2] عمل هیدرولیز نشاسته را در مجاورت اسید و تبدیل آن به گلوکز را مورد مطالعه قرار داد و چگونگی انجام فعل و انفعالات را بیان نمود و نقش اسید در تولید گلوکز را شرح داد، بنابراین مفهوم کاتالیزور پا به عرصه وجود گذاشت. دومین واکنش کاتالیزوری گزارش شده در سال 1817 توسط هامفری داوی[3] صورت تحقق به خود گرفت. این محقق کشف نمود که با وارد کردن یک قطعه سیم پلاتین در مخلوطی از هوا و گاز ذغال، پلاتین گرم می شود و این رویداد را بدین ترتیب توجیه نمود که در این آزمایش فعل و انفعال اکسیداسیون اتفاق می افتد. ولی در ماهیت شیمیایی سیم پلاتین تغییری حاصل نشده است. این کار توسط ادموند داوی[4] دنبال شد. او در سال 1820 به این نتیجه رسید که در صورت استفاده از ذرات پلاتین (به جای سیم) این واکنش حتی در دمای اتاق نیز انجام می پذیرد. در سال 1822، دوبرینره[5] با انجام آزمایشات مشابه نتیجه گرفت که در حضور پلاتین بخارات اتانول با اکسیژن وارد عمل شده و اسیداستیک تولید می گردد . در سال 1824، هنری[6] نشان داد که در فعل و انفعال هیدروژن و اکسیژن، در حضور پلاتین ترکیبی مثل اتیلن می تواند به عنوان بازدارنده و خنثی کننده نقش پلاتین عمل نموده و از این فعل و انفعال جلوگیری کند. در سال 1825 برای اولین بار فارادی[7] که طبیعت جذب در سطوح را مطالعه می کرد، نظریه جذب واکنش دهنده قبل از انجام واکنش در سطوح کاتالیزور ها را عنوان کرد. در سال 1831 پرگرین فیلیپس[8] نقش پلاتین را در اکسیداسیون SO2  به SO3 آشکار ساخت و از آن پس این مسئله اساس ساخت اسیدسولفوریک شد و در همین سال مسموم شدن کاتالیزور پلاتین به وسیله هیدروژن سولفوره را کشف نمود. در سال 1888 لودونیگ موند[9] تبدیل هیدورکربن ها در فاز بخار و در مجاورت کاتالیزور نیکل را که منجر به تولید هیدروژن و مونوکسیدکربن می شود، کشف نمود. در این سال جیمز دوار[10] به این موضوع پی برد که در دمای اتاق مقدار زیادی اکسیژن روی ذغال جذب و با بالا بردن دما به آسانی دفع می شود.

این مشاهدات را می توان مبدأ پیدایش کارهای مربوط به جذب شیمیایی و فیزیکی دانست. در سال اول قرن بیستم ساباتیه و ایپاتیف[11] تحقیقات جدیدی را در زمینه ی واکنش های شیمی آلی ابداع نمودند. هابر و میتاش[12] در اولین دهه قرن بیستم موفق به سنتزآمونیاک از هیدروژناسیون کاتالیزوری ازت شدند.

در بیشتر منابع به کارگیری واژه کاتالیزور را به برزیلیوس[13] در سال 1835 نسبت می دهند. همچنین بعد از برزیلیوس، استوالد، در سال 1895 کاتالیزور را ماده ای دانست که بدون اینکه انرژی آزاد گیپس استاندارد واکنش (∆Go) را تغییر دهد، سرعت واکنش شیمیایی را تغییر می دهد. در سال های بعد واژ­ه­ی کاتالیزور و استفاده از آن به سرعت رشد یافت و در صنعت نیز مورد استفاده بسیاری پیدا کرد.

3-1- دسته بندی کاتالیزور ها

کلاً کاتالیزورها از نظر نحوه ی عمل بر روی واکنش ها به دو دسته تقسیم می شوند. دسته اول کاتالیزور مثبت[1]، به ماده یا مخلوطی از مواد اطلاق می شود که با حضورش در یک سیستم شیمیایی سرعت فعل و انفعال را افزایش می دهد ولی در محصول نهایی ظاهر نمی شود. اساساً خاصیت یک کاتالیزور این است که در حالیکه به تعادل رسیدن یک فعل و انفعال را تسریع می کند، قادر نیست شرایط تعادل را تغییر دهد. در ضمن در مقایسه با واکنش شیمیایی بدون کاتالیزور فعل و انفعالات کاتالیزوری در دمای کمتری انجام می گیرد[5و4].

کاتالیزورهای منفی[2]، به ماده یا مخلوطی از مواد گفته می شود که با حضورش در یک سیستم شیمیایی سرعت فعل و انفعال را کاهش می دهد. این کاتالیزورها در مقایسه با کاتالیزورهای مثبت چندان مورد مطالعه قرار نگرفته اند ولی در هر صورت در واکنش ها از اهمیت خاصی برخوردارند. اهمیت صنعتی کاتالیزور منفی در مسائلی مثل اکسیداسیون روغن ها، چربی ها، ترکیبات ضد ضربه برای سوخت های موتور و جلوگیری از خوردگی فلزات به خوبی روشن است. 

علاوه بر دسته بندی فوق کاتالیزورها را با توجه به فازی که در آن فعل و انفعالات انجام می گیرد به سه دسته کلی تقسیم می شوند:

الف) کاتالیزور آنزیمی

ب) کاتالیزور همگن [3]

ج) کاتالیزور ناهمگن[4]

4- Positive

1- Negative

2- Homogeneous

3- Heterogeneous

1- Celement

2- Kirchhof

3- Hamfry Davy

1- Edmond Davy

2- Dobreiner

3- Henry

4- Faraday

5- Pergreen Philips

6- Ludwing mond

7- James Dewar

1- Sabatiad and Tpatief

2- Habber and Mitasch

3- Jakob Berzelios

تعداد صفحه : 101

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید