بررسي آزمايشگاهي هيدروژناسيون الكتروكاتاليستي تركيبات تيوفني در سوخت مدل با استفاده از راكتور الكتروشيميايي غشايي

دكتري تخصصي

گوگرد يكي از عمده‌ترين آلوده‌كننده‌هاي فرآورد‌ه‌هاي نفتي مي‌باشد كه نه تنها موجب مشكلات محيط زيستي مي‌شود بلكه موجب كاهش عمر كاتاليست‌ها و تجهيزات صنعتي نيز مي‌گردد. بنابراين حذف تركيبات گوگردي موجود در سوخت‌هاي هيدروكربني از لحاظ زيست محيطي مهم است. براي حذف تركيبات تيوفني كه به روش گوگردزدايي هيدروژني به سختي قابل حذف هستند، از فناوري‌هاي جديد ديگري به عنوان روش‌هاي مكمل يا جايگزين فرآيند گوگردزدايي هيدروژني استفاده شود. يكي از اين روش‌هاي نوين، روش حذف الكتروشيميايي تركيبات گوگردي به ويژه تركيبات تيوفني مي‌باشد كه از مزاياي زيادي نظير شرايط عملياتي ملايم (دما و فشار پايين)، كنترل سرعت واكنش، انتخاب‌پذيري و قابليت حذف تركيبات گوگردي سخت مانند تيوفن‌ها برخوردار است. لذا در اين پژوهش ابتدا گوگردزدايي الكتروشيميايي كاهشي بنزوتيوفن به روش مشابه ديناميكي (جذب-كاهش) بر روي الكترود پلاتين مورد بررسي قرار گرفت. در مرحله بعدي پژوهش، عملكرد اكسايش تيوفن بر روي الكترودهاي مختلفي مانند پلاتين، كربن الماسه دوپ شده با كربن، اكسيدهاي ايريديوم-روتنيوم، سرب/اكسيد سرب و گرافيت در الكتروليت اسيدي تحت پتانسيل‌هاي اعمال شده مختلف ارزيابي شد. در مرحله سوم پژوهش، گوگردزدايي سوخت مدل حاوي تيوفن و بنزوتيوفن با غلظت mg L-1 2000 در نرمال دكان يا هگزادكان توسط الكتروكاتاليست تجاري پلاتين/كربن در راكتور الكتروشيميايي دو خانه با امولسيون سوخت و الكتروليت آبي و در مرحله چهارم نيز علاوه بر بررسي عملكرد الكتروكاتاليست پلاتين/كربن، الكتروكاتاليست موليبدن دي‌سولفيد نيز به روش هيدروترمال سنتز شد و با استفاده از ارزيابيهاي پراش اشعه ايكس، عكس برداري الكتروني و ﻃﯿﻒ ﺳﻨﺠﯽ ﭘﺮاﮐﻨﺪﮔﯽ اﻧﺮژي ﭘﺮﺗﻮ اﯾﮑﺲ، ساختار نانورشته هاي در هم تنيده موليبدن ديسولفيد تاييد شد. نهايتا گوگردزدايي از تركيبات تيوفن و بنزوتيوفن در راكتور الكتروشيميايي غشايي با استفاده از مجموعه الكتروكاتاليست-غشا مورد مطالعه و بررسي قرار گرفت. همچنين ارزيابي‌هاي الكتروشيميايي مانند ولتاموگرام چرخه‌اي، و طيف‌سنجي امپدانس الكتروشيميايي و غيره نيز براي الكترود/الكتروكاتاليست‌ها و مجموعه الكتروكاتاليست-غشا نيز انجام شد. گوگردزدايي الكتروشيميايي كاهشي بنزوتيوفن با اعمال پتانسيل جذب-احياي بنزوتيوفن بر روي الكترود پلاتين منجر به بازده گوگردزدايي 2/48% طي 8 ساعت شد. در اكسايش تيوفن، بازدهي گوگردزدايي بر روي الكترودهاي پلاتين و اكسيدهاي ايريديوم-روتنيوم به ترتيب به حداكثر مقدار 92% و 98% و بازدهي جريان مربوط به آن‌ها نيز به ترتيب 48% و 29% در پتانسيل V 5/2 طي 3 ساعت رسيد. به علاوه، در گوگردزدايي سوخت مدل توسط الكتروكاتاليست پلاتين/كربن در الكتروليت بازي سديم هيدروكسيد با حداكثر 97% حذف گوگرد و بازدهي جريان 78% در پتانسيل V 75/0 به اثبات رسيد. بهترين عملكرد مربوط به الكتروكاتاليست پلاتين/كربن- غشاي نفيون با حداكثر بازدهي گوگردزدايي 85% در mA cm-2 20 براي تيوفن و 71% در mA cm-2 50 براي بنزوتيوفن تعيين شد. گوگردزدايي با استفاده از موليبدن دي‌سولفيد-غشاي نفيون نيز به درصد حذف تيوفن و بنزوتيوفن به ترتيب 6/79% در mA cm-2 20 و 60% در mA cm-2 70 منجر شد. با توجه به سه نوع راكتور الكتروشيميايي متفاوت استفاده شده، راكتور الكتروشيميايي غشايي با استفاده از مجموعه الكتروكاتاليست-غشا با بازدهي گوگردزدايي تيوفن و بنزوتيوفن به ترتيب 85% در mA cm-2 20 و 70% در mA cm-2 50 بهترين عملكرد را داشت. درصد هيدروژناسيون به عنوان يك واكنش نامطلوب نيز 12% بدست آمد كه در مقايسه با راكتور تك خانه و دو خانه داراي مقدار كمتري است. علاوه بر اين سهولت فرايند و عدم نياز به امولسيون‌سازي سوخت و امكان حذف قابل توجه تركيبات تيوفني از مزاياي منحصر به فرد راكتور الكتروشيميايي غشايي است. اگرچه غشاي Nafion و الكتروكاتاليست Pt/C هم بهترين عملكرد را در گوگردزدايي داشتند، اما غشاي SPEEK و الكتروكاتاليست MoS2 نيز به علت قيمت كمتر و بازدهي گوگردزدايي تقريبا مشابه در راكتور الكتروشيميايي غشايي مربوطه مي توانند جايگزين خوبي به عنوان مجموعه الكتروكاتاليست-غشا محسوب شوند. نتايج تحقيق كاربردي بودن استفاده از راكتور الكتروشيميايي غشايي در گوگردزدايي از سوخت مدل را با استفاده از الكتروكاتاليست‌هاي پلاتين/كربن و موليبدن دي‌سولفيد را به خوبي اثبات كرد.

194610

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر اوو شرودر - دكتر والدمار زاوتر

فرايندهاي جداسازي

دكتر سوسن روشن ضمير