اصلاح سطح بسترهاي كربني به‌منظور حذف فلزات سنگين و ذخيره‌سازي انرژي و بررسي نظري توليد هيدروژن از متيل سيكلوهگزان

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

دكتري

اين رساله دكتري، بر روي راهكارهاي علمي و پايدار براي مواجهه با چالش‌هاي كليدي محيط‌زيست و انرژي جهاني، بر مهندسي مولكولي و سطحي تركيبات و بسترهاي كربني/آلي پيشرفته تمركز دارد. پژوهش اول، تهيه يك جاذب مغناطيسي باقابليت استفاده مجدد از طريق عامل‌دار كردن دوپامين با اتيلن‌دي‌آمين‌تترااستيك انيدريد و پليمريزاسيون آن بر سطح نانولوله‌هاي كربني مغناطيسي (EDTA@PD-CNT/Fe3O4) را نشان مي‌دهد. جاذب سنتز شده با استفاده از تكنيك‌هاي XRD، FT-IR، پتانسيل زتا، FE-SEM، EDS، BET، TGA، DTA و VSM مورد بررسي قرار گرفت. جاذب سنتز شده براي حذف يون‌هاي سرب و كادميوم از محلول آبي مورداستفاده قرار گرفت. فرايند جذب از طريق بهينه‌سازي پارامترهاي كليدي نظير pH، مقدار جاذب، زمان تماس و غلظت يون بهبود يافت. براي هر دو يون، داده‌هاي ترموديناميكي فرايندها و سينتيك جذب بررسي شد. بررسي داده‌هاي تجربي نشان داد كه ايزوترم لانگموير مناسب‌ترين مدل است و بررسي سينتيك جذب، مطابقت با معادله شبه‌مرتبه دوم را آشكار ساخت. بر اساس داده‌هاي ترموديناميكي، فرايند جذب توسط جاذب EDTA@PD-CNT/Fe3O4 خودبه‌خودي و گرماگير است؛ همچنين، بالاترين ظرفيت‌هاي جذب براي Cd2+ و Pb2+ به ترتيب 45/204 و 48/376 ميلي‌گرم بر گرم گزارش شد. در پروژه دوم ابتدا با استفاده از KOH و روش حكاكي شيميايي مساحت سطح ويژه نمد فيبر كربني (CF) از حدود 2 سانتي متر مربع بر گرم به 675 سانتي متر مربع بر گرم افزايش داده شد. سپس با استفاده از روش هيدروترمال و به صورت همزماني MIL(101)-Fe-NH2 (چارچوب فلز - آلي مبتني بر آهن) روي سطح نمد فيبر كربني فعال شده (ACF) سنتز شد. الكترود سنتز شده با استفاده از تكنيك‌هاي XRD، FT-IR، FE-SEM، EDS، BET، TGA، DTA و رامان مورد بررسي قرار گرفت. عملكرد الكترود ACF@MIL-NH2 به‌عنوان الكترود كار در يك سيستم سه‌الكترودي با استفاده از تكنيك‌هاي الكتروشيميايي شامل ولتامتري چرخه‌اي (CV) و شارژ/دشارژ گالوانواستاتيك (GCD)، بررسي شد. در اين سيستم، از كالومل به عنوان الكترود مرجع، پلاتين به عنوان الكترود كمكي و از محلول آبي پتاسيم هيدروكسيد (1 مولار) به عنوان الكتروليت استفاده شد. نتايج اوليه نشان داد كه اين الكترود ظرفيت خازني تا06/3 فاراد بر سانتي‌متر مكعب را در چگالي جريان 7/0 ميلي‌آمپر بر سانتي‌متر مكعب و در الكتروليت آبي پتاسيم هيدروكسيد 1 مولار ارائه مي‌دهد. حامل‌هاي هيدروژن آلي مايع (LOHCs) سيستم‌هاي نويدبخشي براي ذخيره‌سازي هيدروژن به شمار مي‌روند و متيل سيكلوهگزان (MCH) به دليل محتواي بالاي هيدروژن معمولاً به‌عنوان مدل استفاده مي‌شود. پژوهش سوم با استفاده از نظريه تابعي چگالي (DFT)، به بررسي تأثير دو گروه عاملي -NH2 و -NO2 در موقعيت 4 متيل سيكلوهگزان در واكنش هيدروژن‌زدايي اين تركيب روي خوشه Pt13 تمركز دارد. نتايج اين بررسي، مطلوبيت بهبود يافته‌اي را براي هر دو تركيب 4-متيل سيكلوهگزيل آمين (MCA) و 1-متيل-4-نيترو سيكلوهگزان (MNC) نسبت به MCH از نظر ترموديناميكي نشان داد و روندهاي مشابهي براي تغييرات آنتالپي مشاهده شد. با اين حال، تجزيه و تحليل سينتيكي، انرژي‌هاي فعال‌سازي (Eₐ) بالاتري را براي MCA و MCH نسبت به MNC نشان داد كه به اثرات الكترونيكي و تغيير پيكربندي‌هاي جذب نسبت داده مي‌شود و در نتيجه سرعت واكنش كندتر است. بررسي مختصات واكنش، مرحله دوم را به عنوان مرحله تعيين‌كننده سرعت براي MCH و MCA شناسايي كرد، در حالي كه مرحله سوم براي MNC به عنوان مرحله تعيين‌كننده سرعت انتخاب شد.

237778

آلي

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان