مهندسي شيمي ايران کوتاه پژوهشي دوره 43، شماره

تهيه و شناسايي نانومتخلخل 16-V-SBA و کاربرد آن
به عنوان کاتاليست در فرايند اکسايش مستقيم بنزن به فنل

ميلاد جورشعباني، عليرضا بديعي*+، نگار لشگري تهران، دانشگاه تهران، پرديس دانشکدههاي علوم، دانشکده شيمي

قدسي محمدي زياراني
تهران، دانشگاه الزهرا )س(، دانشکده شيمي

چكيده:در اين پژوهش، کاتاليست 16-V-SBA با استفاده از ماده نانومتخلخل 16-SBA به عنوان بستر و کمپلکس واناديم طي فرايند بازرواني تهيه شد. کاتاليست تهيه شده با استفاده از فناوريهاي جذب و واجذب نيتروژن ، پراش پرتو ايکس ،پرتو سنجي فرابنفش ـ مرئي و ميکروسکوپ الکتروني عبوري مورد شناسايي قرار گرفت .
نتيجههاي آناليزها نشان داد که ساختار منظم نانومتخلخل بستر در طي فرايند تهيه کاتاليست حفظ شده و دچار فروپاشي نشده است. کارايي کاتاليست در فرايند اکسايش مستقيم بنزن به فنل با استفاده از عامل اکسندهي هيدروژن پراکسيد در دماهاي متفاوت واکنش) 52، 06 و 06 درجه سلسيوس( مورد ارزيابي قرار گرفت. بالاترين راندمان فنل حدود 60% و با گزينش پذيري فنل 06% در دماي 06 درجه سلسيوس به دست آمد.

واژههاي كليدي: ماده نانومتخلخل، بستر کاتاليست، 16-V-SBA، اکسايش، فنل.

KEY WORDS: Nanoporous material; Catalyst support; V-SBA-16; Oxidation; Phenol.

مقدمه
فنل يک حدواسط مهم شيميايي در توليد رزينها، فيبرها و داروها است و به عنوان حلال در تصفيه نفت خام نيز کاربرد دارد ]1[.
بيشترين مصرف فنل براي تهيه رزينهاي فنلي و بيس فنل-آ است که به طور عمده در صنايع اتومبيل سازي استفاده ميشوند .
کيومن)1( است و مقدارهاي باقي مانده فنل با اکسايش به صرفه باشد. با توجه به عيبهاي گفته شده براي فرايند کيومن ،
تولوئن يا بازيافت از قطران ذغال سنگ به دست ميآيد. توجه بسياري از پژوهشگران به فرايند اکسايش مستقيم بنزن البته فرايند کيومن داراي عيبهايي است، اين فرايند به دليل به فنل جلب شده است. فرايند تک مرحلهاي اکسايش مستقيم

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *
)6( Cumene process
34
امروزه بيش از 09% توليد فنل در دنيا از روش فرايند مشهور چند مرحلهاي بودن )به ويژه در طي فرايند تقطير(، انرژي بسيار زيادي مصرف ميکند و بازده توليد فنل در يک بار گذر خوراک حدود 5% است که مقدار کمي ميباشد ]2[. گفتني است اين فرايند داراي فراوردهي جانبي استن بوده و به کارگيري آن براي توليد فنل، بستگي به قيمت استن در بازار دارد تا از نظر اقتصادي بنزن به فنل به عنوان يک روش جايگزين بهوسيلهي عاملهاي اکسندهي گوناگون مانند هيدروژن پراکسيد، مولکول اکسيژن و نيتروز اکسيد انجام گرفته است .پژوهشها نشان ميدهد استفاده از مولکول اکسيژن به عنوان عامل اکسنده منجر به تخريب حلقهي آروماتيک ميشود و گزينش پذيري فنل به شدت کاهش مييابد [3]. از سوي ديگر ،دشواري فراهم کردن منابع نيتروز اکسيد، استفاده از اين عامل اکسنده را در فرايند اکسايش مستقيم بنزن به فنل محدود کرده است ]4[. در ميان عاملهاي اکسندهي گوناگون، هيدروژن پراکسيد به دليل مناسب بودن از جنبه زيست محيطي و شرايط عملياتي آسان، به طور روز افزون مورد استفاده قرار گرفته است [5 ، 2].
گفتني است ترکيبهاي واناديم به دليل ويژگيهاي ذاتي در حالت رفلاکس مخلوط شد. مخلوط واکنش صاف شد و
مواد نانومتخلخل سيليسي اولين بار در سال 1002 ميلادي توسط گروه پژوهشي شرکت نفتي موبيل کشف شد ]6[. اين مواد به دليل دارا بودن سطح مؤثر بالا، توزيع يکنواخت حفرهها، حجم مناسب حفرهها و نيز حضور گروههاي سيلانول، تأثير چشمگيري در بهبود فرايندهاي کاتاليستي نشان دادهاند .فايدههاي استفاده از ترکيبهاي نانومتخلخل در کاتاليستها، دارا بودن حفرههاي به نسبت گستردهتر در مقايسه با ترکيبهاي ميکروحفره پرکاربرد مانند زئوليتها است که امکان انتقال جرم بالاتري را ايجاد کرده و به دليل دارا بودن سطح مؤثر بالا، امکان غلظت بالايي از مراکز فعال در واحد جرم مواد را فراهم ميکنند. براي ايجاد مراکز فعال اکسايش ـ کاهش روي سطح مواد نانومتخلخل، روشهاي گوناگوني وجود دارد از جمله ميتوان به اتصال يونهاي فلزي به درون چهارچوب سيليکا و يا اتصال از طريق پيوند زدن کمپلکسهاي فلزي با گروههاي سيلانول روي سطح اشاره کرد [8 ، 7]. براي نمونه ،بارگذاري اکسيدهاي فلزي مانند Mn ،Fe ،Ti و Co مراکز فعالي را ايجاد کرده و باعث افزايش کارايي کاتاليست در فرايند اکسايش مستقيم بنزن به فنل مي شود ]0[. تاکنون کاتاليستهاي 15-Fe-MCM-41 ،Co-MCM-41 ،CuO/SBA و 3-Fe3O4/CMK در فرايند اکسايش مستقيم بنزن به فنل با هيدروژن پراکسيد به عنوان عامل اکسنده مورد ارزيابي قرار گرفتهاند [12 ـ 0]. بالاتري ميشود. همچنين، اين ترکيب داراي ورودي حفرهي باريکي است و از تجمع نانوذرههاي فلزي جلوگيري ميکند ]14[.
در اين پژوهش، ذرههاي واناديم اکسيد روي سطح ترکيب نانومتخلخل 16-SBA بهوسيلهي بازرواني بارگذاري شد )16-V-SBA(. کاتاليست تهيه شده در فرايند اکسايش مستقيم بنزن به فنل با هيدروژن پراکسيد به عنوان عامل اکسنده مورد ارزيابي قرار گرفت. سپس، کارايي کاتاليست تهيه شده در دماهاي متفاوت واکنش 25، 69 و 09 درجه سلسيوس بررسي شد و سرانجام راندمان و گزينش پذيري فنل در دماي بهينه به دست آمد.

بخش تجربي مواد
پلورونيک EO106PO70EO106( F127(، محلول سديم سيليکات
)SiO2 26%, Na2O 8%(، نيتريک اسيد )65%(، واناديل استيل استونات ،استونيتريل، بنزن، هيدروژن پروکسيد) 39%( و تولوئن از شرکت مرک خريداري شد.

تهيه ترکيب نانومتخلخل 16-SBA به عنوان بستر
مادهي نانومتخلخل 16-SBA با توجه به روش ارايه شده در مرجع ]15[ با کمي اصلاح تهيه شد. مقدار 1/14 گرم F127 در 144 ميلي ليتر نيتريک اسيد و 099 ميلي ليتر آب مقطر با همزن مغناطيسي در °C 39 حل شد، سپس 4/62 گرم محلول سديم سيليکات به محلول اضافه شد و مخلوط واکنش براي 3 ساعت در °C 79 به هم خورد .فراوردهي واکنش در °C 199 به مدت 24 ساعت قرار داده شد .سرانجام نمونهي جامد بهدست آمده در °C 559 به مدت 5 ساعت کلسينه شد.

تهيه کاتاليست 16-V-SBA
حدود 7/2 گرم 16-SBA کلسينه شده در 89 ميلي ليتر محلول تولوئن داراي 730/9 گرم کمپلکس واناديل استيل استونات براي مدت 48 ساعت در دماي اتاق توسط همزن مغناطيسي
اکسايش ـ کاهش و پايداري چشمگير، در فرايند اکسايش هيدروکربنها به کار گرفته مي شوند ]13[. در بين انواع ترکيبهاي نانومتخلخل سيليسي ،16-SBA به دليل سطح مؤثر بالا، ساختار قفسه مانند و کانالهاي سه بعدي متصل به هم، سبب انتقال جرم با تولوئن شسته شد. سپس، نمونه در °C 559 به مدت 5 ساعت کلسينه شد. پودر زرد رنگ بهدست آمده 16-wt. v-SBA%7/4 نامگذاري شد که داراي 64/2 ميلي مول واناديم بود )اندازه گيري با استفاده از دستگاه پرتو سنج پلاسماي جفت شده القايي.(
33 شناسايي کاتاليست و آناليز فراوردهها
-2606369-844899

از

دستگاه

واناديم

استفاده

با

شده

بارگذاري

نمونه

مقدار
پرتو

سنج
القايي

پلاسماي
شده

جفت
(
1
)

(

آناليز
شد
AES

MPX ICP

VISTA
)

هم
دما

با

نيتروژن

واجذب

هاي

جذب

و

دستگاه

از

استفاده

/
/
/
/
/

000

600

100

300

400

200

300

0

از

دستگاه

واناديم

استفاده

با

شده

بارگذاري

نمونه



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید