دانولدمقاله تولید هیدروژن به عنوان سوخت پاک از زیست توده باگاس با استفاده از روش گازیسازی درمحیط آب فوق بحرانی در حضور نانوکاتالیست Ru/?-Al2O3

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 دانولدمقاله تولید هیدروژن به عنوان سوخت پاک از زیست توده باگاس با استفاده از روش گازیسازی درمحیط آب فوق بحرانی در حضور نانوکاتالیست Ru/?-Al2O3 دارای ۲۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد دانولدمقاله تولید هیدروژن به عنوان سوخت پاک از زیست توده باگاس با استفاده از روش گازیسازی درمحیط آب فوق بحرانی در حضور نانوکاتالیست Ru/?-Al2O3  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی دانولدمقاله تولید هیدروژن به عنوان سوخت پاک از زیست توده باگاس با استفاده از روش گازیسازی درمحیط آب فوق بحرانی در حضور نانوکاتالیست Ru/?-Al2O3،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن دانولدمقاله تولید هیدروژن به عنوان سوخت پاک از زیست توده باگاس با استفاده از روش گازیسازی درمحیط آب فوق بحرانی در حضور نانوکاتالیست Ru/?-Al2O3 :

چکیده
گازیسازی زیستتوده با استفاده از آب فوق بحرانی، تکنیک بسیار مناسبی برای تولید هیدروژن میباشد. در این تحقیق،

فرایند گازیسازی زیست توده باگاس با استفاده از آب فوق بحرانی در حضور نانو کاتالیستهای سنتزی توسط دو روش

تلقیح و میکروامولسیون جهت تولید هیدروژن بهینهسازیاستشده . ویژگیهای شیمی-فیزیکی نانوکاتالیستهای سنتزی

توسط تکنیکهای ICP، BET، XRD، TEM و جذب شیمیایی H2 تعیین شده است. روش میکروامولسیون باعث کاهش اندازه ذرات کاتالیست به ۴ نانو متر و افزایش پراکندگی فلز فعال به %۸۳ گردید. استفاده از روش میکروامولسیون جهت سنتز کاتالیست Ru/-Al2O3، با نسبت آب به سورفکانت یک باعث افزایش بازده تولید هیدروژن تا ۱۶/۴ میلیمول بر گرم باگاسو افزایش بازده تولید کربن منوکسید تا ۱۲میلیمول بر گرم باگاس شد.

کلمات کلیدی: گازیسازی ، آب فوق بحرانی، باگاس، هیدروژن، روتنیم

-۱ مقدمه

افزایش مصرف سوختهای فسیلی به عنوان منبع انرژی و تامینکنندهی مواد شیمیایی و با توجه به تاثیرات زیستمحیطی مرتبط با مصرف این سوختها، باعث ایجاد یک رغبت جهانی در جهت استفاده از منابع تمیز و تجدیدپذیر برای تولید انرژی

و مواد شیمیایی شده است. منابع زیستتودهای میتوانند گزینهی بسیار مناسبی برای تولید سوخت و مواد شیمیایی مورد نیاز

جامعه بشری باشند .[۱-۳] گازیسازی، فرایندی است که در طی آن مواد کربندار مایع یا جامد مانند زیستتوده با هوا، اکسیژن یا بخار آب به منظور تولید محصولات گازی حاوی CO، H2، CO2 و CH4 واکنش میدهند. ترکیبی از واکنشهای

پیچیدهای مانند پیرولیز، اکسیداسیون جزئی و ریفورمینگ بخار در هنگام گازیسازی زیستتوده در فاز مایع، جامد و گازی

رخ میدهند ۵]و.[۴ گازیسازی با آب فوق بحرانی (SCWG1) تکنیکی است که در طی آن عملیات گازیسازی توسط آب فوق بحرانی انجام میگیرد. آب در این فرایند دارای دو نقش است که هم به عنوان محیط واکنش و هم به عنوان واکنشگر

عمل میکند. ویژگیهای بینظیر آب در حالت فوق بحرانی باعث میشود که بخش قابل توجهی از زیستتوده در داخل آب

۱- Supercritical water gasification

حل شود و یک مخلوط هموژن ایجاد گردد. واکنشهایی مانند واکنش شیفت گاز-آب۱ (تولید H2و CO2از H2Oو (CO و

متانزایی (تولید متان و H2O از H2و (CO2 به طور همزمان با واکنش ریفورمینگ زیستتوده در محیط آب فوق بحرانی رخ

میدهند. تولید هیدروژن به عنوان حامل انرژی یکی از اهداف اصلی گازیسازی زیستتوده در آب فوق بحرانی میباشد

۷]و.[۶

گازیسازی بدون حضور کاتالیستها باعث تولید مقدار زیادی CO به دلیل سرعت پایین واکنش شیفت گاز-آب میشود.

بنابراین، دمای بسیار بالایی برای بالا بردن درصد تبدیل زیستتوده مورد نیاز است .[۸] کاتالیستهای هتروژن مختلفی در فرایند گازسازی با آب فوق بحرانی استفاده شدهاند که باعث ایجاد تغییرات قابل ملاحظهای در بازده محصولات و گزینش-

پذیری در دماهای پایین در مقایسه با فرایند گازیسازی بدون کاتالیستی شدهاند ۱۰]و.[۹

فلزات نجیب مانند Ru و Pt بر روی پایههایی مانند گاما آلومینا و کربن به دلیل فعالیت بالا و سهولت استفاده از آنها مانند

شرایط ملایم جهت احیا آنها، به طور وسیعی در گازیسازی با آب فوق بحرانی استفاده شدهنجیباند.علاوه بر این، فلزات پخششوندگی۲ نسبتا بالایی دارند که باعث افزایش سایتهای کاتالیستی و به دنبال آن باعث کاهش قیمت کاتالیست میشود

.[۱۱] روتنیم به عنوان یک فلز بسیار فعال در فرایند گازیسازی با آب فوق بحرانی شناخته شده است. علاوه بر این، مقاومت فلز روتنیم در مقابل کلوخه شدن به دلیل نقطه ذوب بالای آن و دمای ملایم مورد نیاز جهت احیا آن از دیگر مزایای روتنیم میباشد .[۱۲]

تاثیر پارامترهای مختلف مانند دما ۱۳]و[۱۱، نوع خوراک و غلظت آن [۱۴]، درصد وزنی روتنیم [۱۱] و نوع پایه[۱۵]، بر روی بازده محصولات گازی و گزینشپذیری آنها در گازیسازی زیستتوده در آب فوق بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق از باگاس به عنوان زیستتوده به منظور تولید هیدروژن در آب فوق بحرانی استفاده شده است. هم
چنین به منظور افزایش کارایی کاتالیست در فرایند SCWG، کاتالیستهای Ru/-Al2O3 با استفاده از روش میکروامولسیون سنتز شدند. نتایج حاصل از گازیسازی باگاس در غیاب کاتالیست با نتایج حاصل از گازیسازی آن در حضور کاتالیستهای ساخته شده با دو روش تلقیح و میکروامولسیون مقایسه خواهند شد و در نهایت نتایج حاصل از گازیسازی توسط
کاتالیستهای سنتزی توسط هر دو روش با همدیگر مقایسه شده و کاتالیست بهینه انتخاب خواهد شد.

-۲ بخش تجربی

-۱-۲ مواد و واکنشگرها

ساقه نیشکر یا باگاس تهیه شده از شرکت هفت تپه، به عنوان زیستتوده استفاده شد. که تراشههای آن جهت استفاده به

۱- Water-gas shift 2- Dispersion

ذرات زیر ۱ میلیمتر خرد شدند. محلول روتنیم نیتروزیل نیترات (Ru(NO)(NO3)3)، با درصد وزنی %۱/۵ و دانسیته ۱/۰۷

گرم بر میلیلیتر و گاما آلومینا با سطح ویژه ۲۰۰ m2/g و ناخالصی سدیم اکسید((Na2O کمترسیلیکااز۰/۰۵ ppm ،

(SiO2) کمتر از۰/۹ ppm ، سولفات (SO4) کمتر از۱/۵ ppm که همه اینها از شرکت سیگما- آلدریچ۱ خریداری شدند و نرمال هگزان، -۱ بوتانول، تریتون ایکس-۱۰۰۲، هیدرازین هیدرات۳ و تتراهیدروفوران (THF4) که همه اینها از شرکت مرک۵

خریداری شدند، برای ساخت کاتالیست استفاده شدند.

-۲-۲ ساخت کاتالیست

ابتدا به منظور ساخت کاتالیست، پایه گاما آلومینا به مدت ۱۰ ساعت در دمای ۴۵۰ درجه سلسیوس کلسینه شد. کاتالیستها با دو روش میکروامولسیون و تلقیح ساخته شدند. ابتدا کاتالیست با روش تلقیح با استفاده از محلول آبی نیتروزیل نیترات

ساخته شد. بعد از مرحله تلقیح، کاتالیست در دمای ۱۲۰ درجه سلسیوس خشک گردید و سپس در دمایدرجه۴۵۰

سلسیوس تحت جریان آرگون به مدت ۳ ساعت کلسینه شد و به آرامی تا دمای محیط سرد شد. کاتالیست سنتز شده با این

روش C1 نامجدولگذاری شد ( .(۱

کاتالیستهای دیگر توسط روش میکروامولسیون توسط محلول روتنیم نیتروزیل نیترات ساخته شد. نانوذرات روتنیم توسط

یک میکروامولسیون با استفاده از سورفکتانت تریتون ایکس-۱۰۰، نرمال هگزان به عنوان فاز آلی و نرمال بوتانول به عنوان کوسورفکتانت سنتز شد. نسبت مولی آب به سورفکتانت در مقدار ۱ و ۱/۵ تنظیم شد. بعد از به هم زدن شدید به مدت ۱۵

دقیقه، محلول میکروامولسیون به دست آمد. مقدار اضافی هیدرازین هیدرات =۱۰) روتنیم/ هیدرازین هیدرات) به منضور احیا کردن یونهای فلزی و تولید نانو ذرات در داخل مایسلها به محلول میکروامولسیون اضافه گردید. سپس مقدار مناسبی از پایه به آن تحت همزدن، اضافه گردید. در طول ۳ ساعت و در حال همزدن، تتراهیدروفوران به عنوان عامل ناپایدارکنندهی مایسل

به صورت قطره قطره (دقیقه/ میلیلیتر (۱ به مخلوط اضافه گردید. سپس مخلوط به مدت یک شبانه روز به منظور نشست

نانوذرات بر روی پایه، در جای ساکنی قرار داده شد. مخلوط حاصل توسط قیف بوخنر و پمپ خلا صاف شد و چند بار توسط آب مقطر و الکل شستشو داده شد. به منظور حذف کردن مقادیر ناچیز سورفکتانت، آمونیم و آب باقیمانده در کاتالیست، به مدت ۲ ساعت در دمای ۱۲۰ درجه سلسیوس خشک گردید. سپس در حضور جریان آرگونساعتبهمدت ۳

در دمای ۴۵۰ درجه سلسیوس کلسینه ش و به آرامی تا دمای اتاق سرد گردید. کاتالیستهای ساخته شده با این روش C2 و

C3 نام گذاریجدول شدند ( .(۱

۱- Sigma-Aldrich 2- Triton X-100 3- Hydrazine hydrate 4- Tetrahydrofurane 5- Merck

جدول -۱ مشخصات شیمیایی و سنتزی کاتالیستهای کلسینه شده

کاتالیست روش ساخت نسبت آب به مقدار بارگذاری مقدار فلز اندازهگیری
سوفکتانت فلز(درصد وزنی) شده (درصد وزنی
C1 تلقیح – ۵ ۴/۹۲
C2 میکروامولسیون ۱/۵ ۵ ۴/۸۶
C3 میکروامولسیون ۱ ۵ ۴/۸۶

-۳-۲ ویژگی سنجی کاتالیست

میزان بارگذاری فلز روی کاتالیست توسط ICP1 (دستگاه (Varian VISTA-MPX انجام گردید. مساحت سطح، حجم

حفره و میانگین قطر حفرات کاتالیستهای کلسینه شده توسط سیستم ASAP-2020 V2 Micrometric مورد برسی قرار گرفت. گاززدایی نمونهها در دمای ۲۰۰ درجه سلسیوس و به مدت ۴ ساعت تحت خلا ۵۰ میلیتور انجام گردید.

مورفولوژی کاتالیستهای کلسینه شده توسط میکروسکوپ الکترونی انتقالی (TEM2) و با استفاده از سیستم Philips CM20 (100 kV) مطالعه گردید. فاز کریستالی و اندازه ذرات کاتالیستهای کلسینه شده توسط XRD و بوسیله دستگاه

Philips Analytical X-ray Diffractometer (XPert MPD) و با استفاده از لامپ Cu/K، در محدودهی زوایای ۱۰ تا

۹۰ درجه مورد بررسی قرار گرفت. مقدار جذب شیمیایی هیدروژن بر روی کاتالیست به روشاز TPD–TPR و با استفاده

سیستم Micromeritics TPD–TPR 290 مورد بررسی قرار گرفت.

-۴-۲ سیستم تست راکتوری و تستهای گازیسازی

یک راکتور لولهای ناپیوسته از جنس استیل ضد زنگ ۳۱۶ با حجم کلی ۲۵ میلیلیتر در این تحقیق استفاده شد (شکل.(۱ دو

نوع آزمایش کاتالیستی و غیر کاتالیستی انجام شد. در تستهای غیر کاتالیستی، باگاس با مقدار معینی از آب مخلوط شد و

توسط سرنگ به راکتور تزریق شد. سپس راکتور در داخل حمام نمک مذاب که مخلوطی از پتاسیم نیترات، سدیم نیترات و

سدیم نیتریت است قرار داده شد. دمای حمام نمک مذاب توسط یک هیتر الکتریکی و یک کنترل کننده دمایی PID کنترل

شد. فشار و دما با استفاده از فشارسنج و ترموکوپل از نوع K اندازهگیری شد. شکل ۲، تغییرات فشار را در داخل راکتور نشان میدهد. بعد از مدت زمان مشخصی، راکتور از حوام نمک مذاب بیرون آورده شد و در داخل حمام آب به منظور

رسیدن به دمای اتاق قرار داده شد. زمان واکنش و مقدار بارگذاری باگاس به ترتیب از مقدار ۵ تا ۴۵ دقیقه و از مقدار ۰/۰۵

تا ۰/۲ گرم تغییر داده شد. برای تستهای کاتالیستی، مقدار ۰/۰۲ گرم از هر نمونه کاتالیست در راکتور بارگذاری شد و سپس

۱- Inductively coupled plasma 2- Transmission electron microscope

تحت جریان هیدروژن با دبی ۵۰ دقیقه/میلیلیتر به مدت ۴ ساعت قبل از اضافه کردن باگاس و آب مقطر، احیا گردید. همه

آزمایشها، سه بار تکرار گردیدند و مقدار میانگین برای هریک گزارش گردید. در انتهای هر آزمایش، حجم راکتور، فشار و دمای نهایی جهت محاسبه بازده گازها استفاده شد