شماره ركورد
24811
شماره راهنما
CHE3 258
عنوان
سنتز و شناسايي نانو¬كامپوزيتهاي مزوحفره اكسيد فلزي مختلط با استفاده از ساختارهاي MOFو بررسي عملكرد كاتاليستي آنها در واكنش توليد بيوديزل
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
شيمي- شيمي معدني
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/04/30
صفحه شمار
88 ص.
استاد راهنما
شهرام تنگستاني نژاد , مجيد مقدم , ولي الله ميرخاني
كليدواژه فارسي
كلسيم اكسيد , اكسيد فلزي مخلوط , چارچوب هاي فلز-آلي , ترانس استري شدن , توليد بيوديزل , كاتاليست ناهمگن , سرباره , الگوي آنزيم , كربنيك انيدراز , جذب كربن دياكسيد
چكيده فارسي
سوخت زيستي بهعنوان يك جايگزين پايدار براي سوختهاي فسيلي مطرح است. در اين راستا كلسيم اكسيد(CaO) به¬عنوان يك كاتاليست ناهمگن مؤثر براي توليد بيوديزل، به¬دليل پايداري شيميايي محدود در شرايط واكنش، عملكرد طولانيمدتي ندارد. در اين پژوهش، كاتاليستهاي ناهمگن با سنتز با واسطه با كمك چارچوبهاي فلز-آلي(MOFMS)، بهويژه نانوكامپوزيتهاي¬¬-CaO@ZnO وZnO@CaO ، از ¬نمكهاي ¬فلزي ¬ارزان ¬و ¬غيرسمي ¬همراه ¬با پيونددهندههاي محلول در آب بررسي شد. روش¬هاي جامع مشخصهيابي شامل¬XRD، FT-IR، BET، FE-SEM، ICP و ¬-CO2-TPD براي ارزيابي اين كاتاليستها بهكار رفتند.¬ نتايج نشان داد كه هنگام استفاده از اين كاتاليستها براي توليد بيوديزل از روغن سويا در دما و فشار محيط، نرخ تبديل بيوديزل براي CaO@ZnOو ZnO@CaO بهترتيب 99¬٪ و 92¬٪ در مدت 25 دقيقه بود. هر دو كاتاليست فعاليت خود را طي شش چرخه استفاده حفظ كردند، بهطوريكه ميزان نشت يونCa²⁺كمتر از4¬٪ بود (2٪ براي CaO@ZnO و 4¬٪ براي¬ZnO@CaO پس از ششمين چرخه¬.(¬اين يافتهها، بينش ارزشمندي درباره آمادهسازي كاتاليستها و كنترل نشت آنها ارائه كرده و قابليت استفاده مجدد در فرآيند توليد بيوديزل را افزايش دادند. در بخش دوم پژوهش، بيوديزل با استفاده از سرباره فولادي صنعتي بهعنوان يك كاتاليست كمهزينه، از طريق فرآيند كلسينه كردن و بدون نياز به تصفيههاي شيميايي اوليه، توليد شد. استفاده از مواد زائد صنعتي بهعنوان كاتاليست، راهكاري پايدار و مقرونبهصرفه براي توليد بيوديزل محسوب ميشود. سرباره فولادي، محصول جانبي صنعت متالورژي، بهدليل عدم بهرهبرداري مناسب در بسياري از كشورهاي درحال توسعه، بهعنوان يك چالش زيستمحيطي شناخته ميشود. اين مطالعه پتانسيل سرباره فولاد را بهعنوان يك كاتاليست ناهمگن براي توليد بيوديزل از روغنهاي گياهي مختلف، از جمله ضايعات روغنهاي پخت و پز، مورد ارزيابي قرار داد. كاتاليست سرباره فولادي بهدستآمده از شركت ذوبآهن اصفهان، عمدتاً شامل اكسيدهاي فلزي فعال كاتاليستي مانند) CaO42.9¬٪)،Fe₂O₃ (14.54¬٪) وMgO (8.53¬٪) بود. مشخصهيابي اين كاتاليست با استفاده از روشهايXRF، XRD، FT-IR، FE-SEMوTGA انجام شد و خواص فيزيكوشيميايي و قابليت كاتاليستي آن تأييد گرديد. تحت شرايط واكنش بهينه (40 درجه سانتيگراد، 2 ساعت)، اين¬كاتاليست نرخ تبديل¬تقريباً كامل بيوديزل (99.99¬٪) را براي تمامي مواد اوليه آزمايششده، شامل روغن سويا، آفتابگردان، ذرت، كرچك، زيتون و روغن پسماند آشپزي، فراهم كرد. در مقايسه با ساير كاتاليستهاي مبتني بر زباله، اين فرآيند زمان و دماي واكنش را بهطور چشمگيري كاهش و بهرهوري انرژي را افزايش داد. علاوه بر اين، كاتاليست سرباره فولادي پايداري عملكردي بالايي را در طي پنج چرخه استفاده نشان داد. در نهايت، بهمنظور كاهش آلودگي زيستمحيطي و انتشار گازهاي گلخانهاي، يك مدل كاتاليستي بر پايه الگوي آنزيم كربنيك انيدراز براي جذب كربن دياكسيد معرفي شد. تمامي عوامل بهينهسازي اين الگوي آنزيمي با استفاده از روشهاي شناسايي مختلف مورد ارزيابي قرار گرفتند.
كليدواژه لاتين
Calcium oxide , mixed metal oxides , metal-organic frameworks , transesterification , biodiesel production , heterogeneous catalysts , slag , enzyme mimic , carbonic anhydrase , CO₂ absorption
عنوان لاتين
Synthesis and Characterization of Mixed Metal Oxide Mesoporous Nanocomposites Using MOF Structures and evaluation of their Catalytic Performance in Biodiesel Production Reaction
گروه آموزشي
شيمي معدني
چكيده لاتين
Biodiesel is a sustainable alternative to fossil fuels; however, traditional homogeneous catalysts such as sodium hydroxide and potassium hydroxide face challenges related to separation and reusability. Calcium oxide (CaO) is an effective heterogeneous catalyst for biodiesel production, yet its chemical instability under reaction conditions limits its long-term performance. This study introduces MOF-mediated synthesis (MOFMS) of heterogeneous catalysts, specifically CaO@ZnO and ZnO@CaO nanocomposites, utilizing inexpensive and non-toxic metal salts with water-based binders. Comprehensive characterization techniques, including XRD, FT-IR, BET, FE-SEM, ICP, and CO₂-TPD, were employed to analyze these catalysts. When applied for biodiesel production from soybean oil under ambient temperature and pressure conditions, CaO@ZnO and ZnO@CaO achieved remarkable biodiesel conversion rates of 99% and 92%, respectively, within just 25 minutes. Both catalysts retained their activity over six cycles of use, with Ca2+ leaching remaining below 4% (2% for CaO@ZnO and 4% for ZnO@CaO) after the sixth cycle. These results provide valuable insights into catalyst preparation, leaching control, and reusability, enhancing the prospects for sustainable biodiesel production. In the second part of this study, biodiesel was synthesized using industrial steel slag waste as a low-cost catalyst through a calcination process, eliminating the need for initial chemical treatments. Repurposing industrial waste materials as catalysts presents an economically viable and sustainable strategy for biodiesel production. Steel slag, a byproduct of the metallurgical industry, is abundantly available but remains underutilized in many developing countries, where improper disposal poses environmental challenges. This study explores the promising application of steel slag as a heterogeneous catalyst for biodiesel production from various vegetable oils, including waste cooking oils, thereby promoting waste valorization and resource efficiency. The catalyst was derived from steel slag sourced from Esfahan Steel Company (Esfahan Steel Co.), comprising primarily catalytically active metal oxides, including CaO (42.9%), Fe₂O₃ (14.54%), and MgO (8.53%). Characterization techniques such as XRF, XRD, FT-IR, FE-SEM, and TGA confirmed its physicochemical properties and catalytic potential. Optimal reaction conditions (40°C, 2 hours) enabled near-complete biodiesel conversion (99.99%) across all tested feedstocks, including soybean oil, sunflower oil, corn oil, castor oil, olive oil, and waste cooking oil. Compared to conventional biomass-derived catalysts, this process significantly reduces reaction temperature and time, improving energy efficiency. Furthermore, the catalyst demonstrated excellent reusability, maintaining high performance over five cycles with minimal loss of activity. Finally, to mitigate environmental pollution and reduce greenhouse gas emissions, a catalyst model inspired by the enzyme carbonic anhydrase was employed for CO₂ capture. Various characterization techniques and optimization parameters were applied to refine this enzyme-mimetic catalyst, aiming to enhance its efficacy in environmental applications.
تعداد فصل ها
3
فهرست مطالب pdf
138042
نويسنده