پایان نامه ارشد رایگان درباره فشار بخار آب، فعال نمودن

کردن روش دیگر تولید است که برای تهیه زئولیت ها از سیلیکون و ترکیبات آلومینیوم و دیگر افزودنی ها استفاده می شود. این مواد کریستالی با گزینش پذیری بالا به عنوان پایه های کاتالیزوری مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا ساختار یکنواخت حفره ها می تواند نفوذ مولکول ها را به سطح داخلی کاتالیزور کنترل کند. زئولیت های شامل مقدار کمی پلاتین و پالادیم به عنوان کاتالیزور هیدروکراکینگ استفاده می شوند. در این روش خصوصیات مواد کاتالیزوری بستگی به ساختار و ترکیب زئولیت دارد.
۱-۸- ساخت کاتالیزور های جامد
دانش ساخت کاتالیزور از جمله علومی است که اطلاعات مربوط به آن کمتر گزارش شده است. روش های عمومی برای ساخت کاتالیزور وجود دارند که به اختصار به برخی از آن ها اشاره خواهد شد[۱۰].
۱-۸-۱- ترکیبات لازم برای ساخت کاتالیزور
در ساختار کاتالیزور های صنعتی علاوه بر عوامل فعال، ترکیبات دیگری نیز به دلایل مختلف حضور دارند از جمله پایه کاتالیزور، تقویت کننده و نگهدارنده ها.
۱-۸-۱-۱- پایه کاتالیزور۳۶
موادی که بدنه کاتالیزور را تشکیل داده و ترکیبات فعال بر روی آن ها قرار می گیرند پایه کاتالیزور نامیده می شوند که در اغلب موارد فعالیت کاتالیزوری ندارند. برخی از دلایل به کار گیری پایه عبارتند از:
۱) افزایش سطح ترکیبات فعال کاتالیزور
۲) افزایش پایداری و هم چنین افزایش گزینش پذیری
۳) مساحت سطح، حجم منافذ و تولید آن ها
۴) کاهش حساسیت نسبت به سموم
۵) کمک به پخش حرارت و در نتیجه ممانعت از کلوخه شدن.
فاکتور هایی که در انتخاب پایه کاتالیزور می بایست در نظر گرفته شود عبارتند از:
۱) امکان فعالیت کاتالیزوری
۲) تحت تأثیر قرار گرفتن مواد فعال کاتالیزوری توسط پایه
۳) مساحت سطح، حجم منافذ و تولید آن ها
۴) گرمای ویژه و هدایت حرارتی
۵) اندازه ذرات، دانسیته، مقاومت در مقابل ساییدگی
۱-۸-۱-۲- تقویت کننده ها۳۷
تقویت کننده ها موادی هستند که در ساخت کاتالیزور به مقدار کمی (معمولاً کمتر از ۱۰%) به آن ها افزوده می شوند که خود به تنهایی فعالیت کاتالیزوری ندارند. ولی باعث بهبود کاتالیزور از نظر فعالیت، گزینش پذیری و پایداری می گردند. برای مثال مقدار کمی سدیم در هیدروژناسیون فنل توسط کاتالیزور پالادیم باعث افزایش گزینش پذیری نسبت به سیکلوهگزان می گردد[۱].
۱-۸-۱-۳- نگهدارنده ها۳۸
نگهدارنده ها موادی هستند که به سرعت خشک شده و محکم می گردند و در زمان شکل دادن کاتالیزور مورد استفاده قرار می گیرند. آلومینات کلسیم، سیمان و سیمان فوندا نمونه ای از نگهدارنده ها می باشند که پس از تهیه کاتالیزور به صورت پودر به آن اضافه شده و پس از مخلوط نمودن با ترکیباتی مانند گرافیت و یا استئارات کلسیم (مواد کمکی برای شکل دادن کاتالیزور) توسط دستگاه های مخصوص، کاتالیزور به شکل دلخواه در می آید.
۱-۹- عملیات لازم برای ساخت کاتالیزور
۱-۹-۱- شست و شو
۱) جایگزینی آب خالص در خلل و فرج و فضا های بین ذره ای به جای محلول مادر به منظور حذف یون ها یا مولکول های بی مصرف یا نا خواسته.
۲) دفع سطحی برخی یون ها یا مولکول های جذب شده روی سطح جامد یا آمیخته با جامد. در پایان رسوب گیری و رسیده شدن، از طریق انحلال آن ها.
۳) مبادله ی برخی یون های ناخواسته یا بی مصرف به وسیله یون های دیگری که به سادگی از طریق تکلیس قابل تجزیه هستند. شست و شوی رسوب های غیر متخلخل، با سطح کم، ساده است.
این عمل در مورد ژل های متخلخل مشکل تر است، به این علت که انتشار مواد حل شده در فاز مایع باید از میان این تخلخل انجام گیرد. که به علت داشتن سطح مخصوص زیاد قابلیت نگهداری ترکیبات جذب سطح شده را دارد. اگر شستشو، پدیده های فیزیکی (انحلال) و پدیده های شیمیایی (مبادله یونی، دفع سطحی) را موجب می شود، پدیده ی هیدرودینامیک جریان است که عموماً محدود کننده فرآیند کل است.
۱-۹-۲- خشک کردن
عمل خشک کردن کاتالیزور از حساسیت بالایی برخوردار می باشد و اگر با دقت انجام نگیرد باعث تخریب ساختار کاتالیزور می گردد. با توجه به این که در ابتدا منافذ پایه از محلول پر شده اند و سطح خارجی پایه نیز با یک لایه نازک پوشیده شده است، حرارت دادن کاتالیزور باعث می شود که ابتدا حلال روی سطح تبخیر شده و سپس حلال درون منافذ تبخیر گردد. حال اگر سرعت خشک کردن بالا باشد، سرعت تولید بخار در داخل منافذ بیشتر از سرعت خروج آن از درون منافذ گشته و باعث تخریب ساختار منافذ می گردد. از این رو خشک کردن معمولاً با برنامه ریزی حرارتی انجام می گیرد.
۱-۹-۳- شکل دادن
در مقیاس کوچک آزمایشگاهی و راکتورهایی با بستر ثابت از الک هایی با مش۳۹ ۳۰-۶۰ جهت دانه بندی کاتالیزور استفاده می شود. از ذرات ریز تر به این دلیل که باعث افت فشار می شوند استفاده نمی گردد. اگر لازم باشد که کاتالیزور به شکل هندسی در آید، به کمک دستگاه قرص و یا اکسترودر۴۰ و همچنین با اضافه کردن یک ماده چسبنده برای استحکام، و ماده نرم کننده برای سهولت در عمل شکل دادن به پودر کاتالیزور این کار انجام می گیرد.
۱-۹-۴- کلسینه۴۱ و فعال نمودن
عمل کلسینه کردن برای حذف لیگاند های زاید، افزایش پراکندگی (ذرات فلز) و تثبیت کاتالیزور انجام می گیرد. از نظر عملیاتی کلسینه و خشک کردن فرآیند هایی مشابه می باشند با این تفاوت که خشک کردن در دما های پایین تری انجام می گیرد. خشک کردن معمولاً در دماهایی در حدود۱۰۰ انجام می گیرد، در حالی که کلسینه کردن در دماهای بالاتر از۲۰۰ و حتی در مواردی بالای۱۲۰۰ انجام می شود. کلسینه را میتوان در یک کوره الکتریکی یا درون یک راکتور در جریان هوا یا گاز بی اثر انجام داد.
۱-۱۰- تهیه کاتالیزور های جامد با روش های فشار بالا و هیدروترمال
روش های فشار بالا و هیدروترمال کاربرد های عملی زیادی در علم مواد و در شیمی حالت جامد دارد. در این روش ها هم از لحاظ عملی و هم از نظر تکنولوژی برای رشد بلور ها و سنتز مواد جدید با خواص مفید حائز اهمیت اند. در بیشتر روش های فشار بالا، نمونه به طور مستقیم فشرده می شود. روش های هیدروترمال از این جهت فرق دارند که درون ظرف واکنش، آب تحت فشار وجود دارد[۱۱].
روش های هیدروترمال از آب تحت فشار و در دمای بالای نقطه جوش معمولی استفاده می شود، که وسیله ای برای سرعت بخشیدن به واکنش بین جامدات به شمار می آید. آب دارای دو نقش است. به صورت مایع یا بخار که مانند محیط انتقال فشار عمل می کند، و به عنوان حلال بعضی یا تمام مواد اولیه تحت فشار تا اندازه ای محلول در آب هستند و بدین وسیله واکنش ها را ممکن می سازد تا به وسیله و یا با کمک فاز مایع یا بخار انجام گیرند. تحت این شرایط واکنش می تواند در غیاب آب فقط در دماهای بالا انجام گیرد. پس، این روش به خصوص برای سنتز فاز هایی که در دمای بالا ناپایدارند مناسب است و همچنین تکنیکی مفید برای روش تک بلور ها است.
با تنظیم شیب دمای مناسب در ظرف واکنش، انحلال مواد اولیه در قسمت گرم ظرف و رسوب در قسمت سرد تر آن انجام می گیرد. چون واکنش های هیدروترمال باید در ظرف بسته انجام شوند روابط فشار- دمای آب در حجم ثابت حائز اهمیت اند، طرح تجهیزات هیدروترمال اساساً عبارت است از یک لوله، معمولاً از جنس فولاد که یک سر آن بسته است و سر دیگرش دارای درپوش پیچی با یک واشر نرم مسی برای درزبندی لوله است. این بمب را می توان مستقیماً به یک منبع فشار مستقل متصل کرد که به نام روش بسته سرد شناخته شده است. مخلوط واکنش و مقدار مناسبی آب درون بمب قرار داده می شود و پس از مسدود کردن آن داخل کوره ای با دمای معینی قرار داده می شود. روش های هیدروترمال برای سنتز بسیاری از مواد مورد استفاده قرار می گیرند. یک مثال کلسیم سیلیکات هیدراته که بسیاری از آن ها اجزای مهم سیمان و بتون اند. به طور نمونه آهک CaO و کوارتز SiO2 را در مجاورت آب در دمای۱۵۰ تا ۵۰۰ و فشارKb 1/0 تا ۲ حرارت می دهند. هر کلسیم سیلیکات هیدراته دارای شرایط سنتزی بهینه ای از ترکیب مخلوط اولیه، دما، فشار و زمان است. مثلاً زنوتلیت۴۲ Ca 6 Si 6 O17 (OH)2با حرارت مخلوط های CaO، SiO2 در فشار بخار آب اشباع در دمای۱۵۰ تا۲۵۰ تهیه می شود.
۱-۱۱- جذب سطحی
فرآیند جذب سطحی گاز شامل گذشتن جریان گاز از میان مواد جامد متخلخل که در بستر جذب سطحی تعبیه شده است، می باشد. سطح ماده ی جاذب، مواد مورد واکنش را جذب کرده و روش جذب می تواند به صورت فیزیکی و یا شیمیایی باشد. مقدار جذب سطحی به پارامتر های مختلفی مانند مساحت در واحد جرم، دما، فشار محیط و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی جذب شونده، بستگی دارد. افزایش سطح، افزایش فشار و کاهش دما می تواند باعث افزایش جذب گردد.
۱-۱۱-۱- جذب فیزیکی
میعان گاز ها و بخارات روی اجسام جامد در دمای بالاتر از نقطه شبنم آن ها، بستگی به نیرو های جذب مولکولی (نیروی واندروالس) دارد. مقدار گاز جذب شده، بستگی به سهولت میعان گاز، بالا بودن نقطه جوش و مقدار بیشتر گاز جذب شده دارد.
گرچه جذب فیزیکی معمولاً به طور مستقیم متناسب با سطح جسم است، به یک لایه مولکولی محدود نشده و می تواند چندین لایه مولکولی را روی سطح تشکیل دهد. جذب فیزیکی با میعان کشش لوله مویین در حفره ها اتفاق می افتد که این عمل باعث افزایش مقدار گاز جذب شده می گردد. مقدار کمی حرارت در جریان جذب فیزیکی آزاد شده و فرآیند نسبتاً سریع بوده و به آسانی برگشت پذیر می باشد. با کاهش فشار یا افزایش دما، گاز جذب شده، اگر جذب شیمیایی نشده باشد، آزاد می شود. مقدار حرارت آزاد شده حدود ۵/۰ تا ۵ کیلو کالری بر مول می باشد. جذب فیزیکی نمی تواند فعالیت کاتالیزوری جامدات را برای واکنش های پایدار بین مولکولی توضیح دهد. این جذب ارتباطی به کیفیت سطح نداشته، اما نسبت مستقیم با مقدار سطح فیزیکی دارد. کمکی که جذب فیزیکی می کند، این است که در زمینه تعیین و تشخیص خواص فیزیکی کاتالیزور های جامد با روش های گوناگون می توان سطح تماس و اندازه منافذ را محاسبه نمود.
۱-۱۱-۲- جذب شیمیایی
در جذب شیمیایی، مولکول های گاز با ماده ی جاذب تشکیل پیوند داده و با نیرو های والانسی در سطح نگه داشته می شوند. جذب شیمیایی نسبت به جذب فیزیکی بسیار کند تر است چرا که جا به جایی اتم ها و مولکول ها رخ می دهد. جذب شیمیایی همچنین مقدار زیادی گرما آزاد کرده و انرژی بیشتری در فرآیند لازم دارد. در حقیقت در دماهای پایین، جذب سطحی شیمیایی ممکن است خیلی کند انجام شود و اندازه گیری آن مشکل باشد.
نتایج جذب شیمیایی نشان می دهد که لایه مولکولی منفرد روی سطح تشکیل شده و فرآیند معمولاً برگشت ناپذیر است. مقدار گاز جذب شده در جذب شیمیایی هم تابع فشار و دما می باشد. این نوع جذب به جذب شیمیایی فعال شده و فعال نشده تقسیم می شود. در حالت فعال شده سرعت جذب با درجه حرارت با یک انرژی فعال سازی محدود در معادله ی آرنیوس تغییر میکند و در حالت غیر فعال شده جذب شیمیایی به سرعت رخ داده و انرژی فعال سازی نزدیک به صفر است.
این نوع جذب اکثراً به صورت تک لایه ای بوده که این محدودیت به خاطر وجود نیروهای والانسی می باشد، که این نیرو ها مولکول ها را به سطح می چسبانند و با افزایش فاصله به سرعت از کار می افتند. این نیرو ها زمانی که حد فاصل از طول یک پیوند بیشتر می شود، به قدری کاهش می یابند که قادر نخواهند

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *