مس / ۴۱- MCM بعنوان کاتالیزور برای اکسایش مرطوب فنول

مس / ۴۱- MCM بعنوان کاتالیزور برای اکسایش مرطوب فنول – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

مس / ۴۱- MCM بعنوان کاتالیزور برای اکسایش مرطوب فنول

خلاصه

یک کاتالیزور مسی ناهمگن قرار گرفته بر روی ۴۱- MCM میان منفذ دار(mesoporous) تولید شده است. ۴۱- MCM اصلی، دارای مساحت منفذ بزرگی، یعنی بیش از
 m²/g 1400 می‌باشد. مس بعنوان عنصر کاتالیزوری فعال انتخاب شد و بوسیله جذب سطحی در دمای محیط در داخل ۴۱- MCM قرار داده شد. کاتالیزورهای تهیه شده در اکسایش کاتالیزوری مرطوب محلول فنول با غلظت اولیه ppm 1300 در ۱۵۰ و °C 200 مورد ارزیابی قرار گرفتند. بر این اساس مشخص شد که این کاتالیزور،‌ فعالیت کاتالیزوری بالایی دارد. همچنین نشان داده شد که کاتالیزور با بارگذاری مقدار مس بیشتر در تسریع واکنش کاتالیزوری تا حد معین توانایی بالایی دارد اما بعدا به مقدار ثابتی می‌رسد.

واژه کلیدی: ۴۱- MCM ، اکسایش مرطوب کاتالیزوری، فنول

مس / ۴۱- MCM بعنوان کاتالیزور برای اکسایش مرطوب فنول

۱- مقدمه

اکسایش مرطوب ترکیبات آلی به Co₂ و آب، راهی آسان و امکان‌پذیر برای تصفیه پساب یا فاضلاب را ارائه می‌دهد، اما اکسایش مرطوب پساب بدون کمک کاتالیزور معمولا در فشار و دمای خیلی بالا انجام می‌شود، بنابراین هزینه‌های عملکردی و تجهیزات بالایی را می‌طلبد. افزایش یک کاتالیزور می‌تواند سرعت اکسایش را بهبود بخشد و فشار و دمای مورد نیاز واکنش برای رسیدن به همان سطح تجزیه را بسیار کاهش دهد. چنین کاتالیزوری بطور طبیعی و به شکل یونهای فلزی به سیستم واکنش اضافه می‌شود یا بمنظور فراهم کردن حداکثر مساحت سطحی مخصوص برای واکنش بصورت ذرات ریز اکسید افزوده می‌شود اما این ذرات ریز نیز ناپایدارند و در کنار هم جمع شده تا ذرات بزرگتری را تشکیل دهند زیرا کشش سطحی برای یک جرم معین که فعالیت کاتالیزوری را به سرعت از دست می‌دهد، مساحت بین سطحی کوچکتر را ترجیح می‌دهد. با پراکنده ساختن زیاد اجزای کاتالیزور بر روی یک پایه(نگهدارنده) متخلخل می‌توان بر این مشکل فائق آمد. انتخاب پایه کاتالیزور تا حد زیادی به مساحت سطح و اندازه منفذ خود پایه  بستگی دارد. مساحت سطح بالا، جمعیت بالایی از سایتهای(مکانهای) فعال را فراهم می‌کند در حالی که اندازه بزرگ منفذ، دسترس‌پذیری واکنشگر برای رسیدن به  سایتهای کاتالیزوری فعال را امکان‌پذیر می‌سازد.

۴۱- MCM عضوی از خانواده الکهای مولکولی میان منفذدار M41S تازه کشف شده می‌باشد که دهانه‌های منافذ یکنواخت آن دارای آرایش شش ضلعی منظم می‌باشند و با طیف پهنی از قطرهای منافذ بین ۱۵ تا ۱۰۰ همراه می‌باشند [۳-۴]. کنترل اندازه منافذ ۴۱- MCM با انتخاب قالب، افزودن مواد شیمیایی آلی با تغییر شرایط سنتزی حاصل می‌شود. بوسیله کنترل مناسب شرایط تولید نظیر قالب، دما و زمان انجام واکنش، مقدار pH ، مواد ۴۱- MCM با کیفیت بالا و با خواص ریز می‌توانند حاصل شوند: مساحت سطحی بالا (بیش از m²/g1000 ) و حجم زیاد منافذ، اندازه یکنواخت منفذ و پایداری گرمایی و شیمیایی [۵]. تمام این مزایا ۴۱- MCM را بعنوان یک پایه کاتالیزوری برای اکسایش مرطوب بسیار مطلوب می‌سازد.

در این مقاله، ما روش تهیه و خصوصیات کاتالیزور مس قرار گرفته بر روی مواد       ۴۱- MCM را که با استفاده از محلول دودسیل‌تری متیل‌آمونیم برمید بعنوان قالب(الگو) سنتز شده، گزارش می‌کنیم. کاتالیزور ۴۱- MCM/ مس، بوسیله جذب سطحی نیتروژن در آنالیز XRD شناسایی شد و عملکرد کاتالیزوری در اکسایش مرطوب فنول در محلول آبی ارزیابی شد. نتایج نشان می‌دهند که ۴۱- MCM/ مس یک کاتالیزور و اطمینان‌بخش برای تصفیه پساب می‌باشد.

مس / ۴۱- MCM بعنوان کاتالیزور برای اکسایش مرطوب فنول

۲- بخش تجربی

برای تهیه ۴۱- MCM ، سیلیس بخار شده با نسبت اختلاط معین و مقدار pH = 13.5 به محلول دودسیل‌تری متیل‌آمونیم برمید (۵/۷% وزنی) افزوده شد. ژل سنتز شده حاصله ترکیب مولی    را دارد و بمدت ۳ روز در دمای °C 105  در یک رآکتور از جنس فولاد ضدزنگ و با فشار بالا و کاملا مسدود شده، قرار داده شد. محصول، جداسازی شده و با آب فاقد یون شسته شد و برای تولید منافذ قابل دسترسی‌ بمدت یک شب در دمای °C500  و در هوا خشک شد. عنصر فعال کاتالیزور یعنی مس بوسیله غوطه‌ور سازی ذرات ۴۱- MCM در داخل
محلول Cu(NO₃)₂ بر روی سطوح نمونه‌های ۴۱- MCM نشانده شد. جذب سطحی توسط به هم زدن محلول در دمای اتاق بمدت ۴۸ ساعت انجام گرفت. در طی فرآیند جذب سطحی، اصلاح pH صورت نگرفت. بارگذاری (نشاندن) Cu²⁺ با استفاده از محلول Cu(NO₃)₂ با غلظتهای اولیه بترتیب ۷۸/۱ ، ۸۸/۰ ، ۳۶/۰ ، ۱۶/۰ ، ۰۸/۰ و
mol/l 03/0 کنترل شد. تغییر میزان مس در محلول در طی اشباع‌شدگی بوسیله اسپکتروسکوپی پلاسمای جفت ‌شده القایی (ICP) XL3000 optima تعیین شد. سرانجام، ماده جامد با استفاده از آب فاقد یون شسته شده و مجددا بمدت یک شب در دمای °C500 خشک شد.

اندازه‌گیریهای مساحت سطح BET و توزیع اندازه منفذ کاتالیزور توسعه یافته
 ۴۱ – MCM/ مس، بوسیله جذب سطحی نیتروژن و واجذب آن در دمای K77 با استفاده از آنالیزگر CX100 omnisorp که بوسیله دستگاه‌های علمی کولتر ساخته شده، انجام شد. مقدار مس نشانده شده بر روی ۴۱- MCM بوسیله فرو بردن کاتالیزور در محلول ۶۵% HNO₃ بمدت ۲۴ ساعت به همراه به هم زدن محلول تعیین شد که با این کار مس در اسید حل شد و سپس غلظت مس بوسیله اسپکترومتر ICP XL3000 optima آنالیز گردید(تعیین شد). حالت (وضعیت) مس بوسیله آنالیز پراش پرتو (XRD) X پودر و توسط پراش سنج(دیفراکتومتر) ۱۸۲۵Philips PW  با استفاده از اشعه
( ۵۶۲ ۵۴۰/۱) آنالیز شد(تعیین گردید). نمونه‌ها با سرعت دقیقه/ °۰۵/۰ با فاصله °۰۵/۰ پویش گردید.

تمام ۱ گرم کاتالیزور با مقادیر مختلف بارگذاری مس تحت شرایط یکسان و در دمای °C150 و °C200 مورد آزمایش قرار گرفتند. غلظت اولیه فنول ppm1300 بود. فشار کل سیستم برای آزمایشها در دمای °C150، MPa7/2 و فشار جزئی اکسیژن MPa0/2 بود و حجم محلول فنول استفاده شده l4/1 بود. در حالیکه برای آزمایشها در دمای °C200 ، فشار کل MPa4/5 بود، از این میان، MPa4/3 سهم اکسیژن بود و فقط یک لیتر محلول فنول مورد استفاده قرار گرفت. غلظت فنول باقیمانده در نمونه‌های جمع‌آوری شده در فواصل زمانی مختلف بوسیله اسپکترو فتومتر فرابنفش- مریی (UV-Visible) شیماتسو تعیین گردید و مقدار کل کربن آلی (TOC) بوسیله آنالیزگر (تجزیه کننده) TOC-500 شیماتسو اندازه‌گیری شد.

مس / ۴۱- MCM بعنوان کاتالیزور برای اکسایش مرطوب فنول

۳- نتایج و بحث‌ها

وابستگی مقدار Cu²⁺ جذب سطحی شده بوسیله MCM-41 به غلظت Cu²⁺ آبی نهایی (به تعادل رسیده) (برحسب mol/l Cu²⁺ ) پس از جذب سطحی در شکل ۱ نشان داده شده است. مقدار مس نشانده شده (بارگذاری شده) بر روی MCM-41 حتی در غلظت mol/l Cu²⁺0/1 به ظرفیت اشباع خود نرسیده است. این امر می‌بایست به مساحت سطح بالا و حجم زیاد منفذ MCM-41 نسبت داده شود.

مساحت سطح BET و حجم کل منفذ MCM-41 در جدول ۱ لیست شده است. خواص کاتالیزور توسعه یافته با بارگذاری (نشاندن) متفاوت مس نیز در جدول ۱ لیست شده است:  . در جدول ۱ دیده می‌شود که MCM-41  دارای مساحت سطح زیادm²/g 1474 و حجم زیاد منفذ cm²/g9/0 می‌باشد. پس از جذب سطحی، هم مساحت سطح و هم حجم منفذ تا حد قابل توجهی کاهش می‌یابند زیرا بارگذاری (نشاندن) مس بعضی از فضاها را اشغال می‌کند و چگالی حجمی نمونه‌ها را افزایش می‌دهد. این کاهش حاکی از آن است که بارگذاری مس افزایش می‌یابد. کاهش مساحت سطح برای ۳، ۲، ۱ Cat # به ترتیب ۳۰۲، ۵۲۸ و m²/g 846 می‌باشد.

بازده کاتالیزوری کاتالیزورهای توسعه یافته در فرآیند اکسایش مرطوب کاتالیزوری محلول فنول در دماهای °C150 و °C200 ارزیابی می‌شود. تمام آزمایشها با پارامترهای واکنش یکسانی انجام می‌شوند و غلظت اولیه فنول بجز برای انواع کاتالیزورها، همانند آنچه در بخش ۲ ذکر شده، می‌باشد. مقدار ۱ گرم از سه نوع کاتالیزور Cu/MCM– 41 که بترتیب دارای مقدار بارگذاری mg/g 3/81 (1 # Cat) ، mg/g 3/178 (2 # Cat) و mg/g 2/262 (3 # Cat) می‌باشند، مورد استفاده قرار گرفتند. حذف کربن آلی‌کل (TOC ) و فنول در شکلهای ۴ و ۵ نشان داده شده است.

علاوه بر این، ملاحظه شده است که کاهش(اتلاف) مس در طی واکنش بسیار قابل توجه است. پس از آنکه واکنش در دمای °C150 پایان یافت، درصد کاهش مس در
 ۳، ۲، ۱ # Cat بترتیب ۰/۶۳% ، ۸/۵۹% ، ۸/۶۴% تخمین زده شد. ما این مطلب را با دلیل ذیل توضیح می‌دهیم. اولا واکنش اکسایش در دمای نسبتا بالا روی می‌دهد که برای واجذب بعضی از بخشهای CuO که با ۴۱- MCM به نحو مناسبی پیوند نمی یابند، مفید می باشد. ثانیا حد واسط‌های بسیار اسیدی و محصولات نهایی که در طی واکنش تشکیل می‌شوند، انحلال CuO در آب را نیز تسریع می‌کنند.

مس / ۴۱- MCM بعنوان کاتالیزور برای اکسایش مرطوب فنول

۴- نتیجه‌گیری

۴۱- MCM با منفذ میانی یک پایه کاتالیزوری اطمینان بخش برای تصفیه پساب می‌باشد. این ماده می‌تواند به کمک ساختار یکنواخت منفذ و مساحت سطح زیاد و حجم منفذ زیاد، به عناصر فعال در حذف آلاینده‌های آلی نظیر فنول با بازده و سرعت بالا کمک نماید. بارگذاری (نشاندن) زیاد مس بر روی ۴۱- MCM لازم نیست، زیرا مساحت سطح را کاهش می‌دهد. Cu/MCM– 41 با لایه نازکی از بارگذاری مس برای فراهم کردن یک فعالیت کاتالیزوری بالا  کافی می باشد.