دانشگاه علوم و فنون مازندران

پایان‌نامه

مقطع كارشناسی ارشد

رشته: مهندسی شیمی

عنوان: سنتز غربال های مولکولی سیلیکوآلومینو فسفات در ابعاد نانو و کاربردهای آن -در الکتروشیمی-

اساتید راهنما: سید کریم حسنی نژاد درزی، مصطفی رحیم نژاد نجارکلایی

تابستان 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
در این پروژه سعی بر این بود گامی کوچک در راستای سنتز غربال مولکولی سیلیکوآلومینوفسفات در ابعاد نانو و بکارگیری آن در پیل­های سوختی با سوخت متانول برداشته شود. لذا در این راه نانو سیلیکوآلومینوفسفات در شرایط هیدروترمال در شرایط بهینه تولید گردید. در ادامه از تکنیک­های  XRD، FT-IR, SEM برای شناسایی غربال­های مولکولی استفاده شد. نتایج طیف XRD نشان داد که سنتز غربال مولکولی سیلیکوآلومینوفسفات موفقیت آمیز بوده و میانگین اندازه ذرات تقریباً 35 نانومتر تخمین زده شد. نمونه­ی سنتز شده در پیل­های سوختی متانول مستقیم به کار برده شد. در غیاب متانول، مقدار ضریب انتقال الکترون (α) برابر با 5547_/0، میانگین ثابت بار (k_s)  برابر با 023_/0 (1/s)، میانگین پوشش سطح الکترود   برابر با ^7-10 × 89_/9 و نیز در حضور متانول مقدار سرعت کاتالیزوری برابر با 10⁴   616_/4 و ضریب نفوذ آشکار برابر با 848 _/4  بدست آمد.
کلمات کلیدی: نانو سیلیکوآلومینوفسفات، سنتز هیدروترمال، غربال مولکولی، ولتامتری چرخه­ا­ی، پیل سوختی متانول مستقیم
فهرست مطالب
 
فصل اول – مقدمه و کلیات تحقیق

• مروری کلی بر غربال مولکولی سیلیکوآلومینوفسفات.. 2

  • زئولیت­های طبیعی………………………………….. 6
• سنتز غربال­های مولکولی………………… 6
• اصلاح­ غربال­های مولکولی­ سیلیکوآلومینوفسفاتی. 9
• شناسایی غربال­های مولکولی سیلیکوآلومینوفسفاتی.. 11

• 

  • روش میکروسکوپ الکترونی………………………….. 11
  • روش پراش اشعه X (XRD)  …………………………… 12
  • روش FTIR 12
•  
• مقدمه­ای بر پیل­های سوختی……………… 12
• الکترودهای اصلاح شده و فرایند الکتروکاتالیزور.. 15

• انواع کاتالیزورهای مورد استفاده در الکترواکسیداسیون آندی متانول…………………………….. 18

  • الکتروکاتالیزورهای متانول در محیط اسیدی……………….. 18

1-7-2. الکتروکاتالیزورهای متانول در محیط قلیایی 18

• اندازه­گیری الکتروشیمیایی…………….. 19
• هدف از پژوهش……………………….. 19

فصل دوم – ادبیات و پیشینه تحقیق

• تاریخچه­ی پیل سوختی………………….. 21
• مروری بر تحقیقات الکتروکاتالیزوری…….. 22

• تاریخچه­ی مواد غربال­های مولکولی……….. 23

  • زئولیت­های آلومینو سیلیکاتی و غربال­های مولکولی سیلیسی…… 23

فصل سوم – روش تحقیق

• مواد اولیه و تجهیزات آزمایشگاهی………. 30

  • مواد اولیه 30

  • تجهیزات آزمایشگاهی…………………………………. 32

    • دستگاه پتانسیواستات/گالوانواستات……….. 32

  • سنتز و ساخت………………………… 33

    • سنتز نانو سیلیکوآلومینوفسفات…………………. 33
    • ﺳﺎﺧﺖ اﻟﻜﺘﺮوﻛﺎﺗﺎﻟﻴزور……………………. 34

  • روش ارزیابی عملکرد الکتروکاتالیزوری…… 35

    • مقایسه الکترود مربوطه با الکترود خمیر کربن…………. 36

فصل چهارم –

یک مطلب دیگر :

مزایای استفاده از کتاب های صوتی

 محاسبات و یافته­های تحقیق

• • تعیین خصوصیات کاتالیزور­های سنتزی……… 39

    • آنالیز XRD 39
    • آنالیز FESEM 40
    • آنالیز FTIR 42

  • ارزیابی عملکرد الکتروکاتالیزورها……… 44

    • آنالیز الکتروشیمی الکترودهای اصلاح شده………………… 47
    • اکسیداسیون الکترولیت متانول در سطح الکترود اصلاح شده 54
    • ارزیابی کرنوآمپرومتری……………………… 58
  • بررسی عملکرد و پایداری الکترود Ni-SAPO/CPE. 63

فصل پنجم – نتیجه گیری و پیشنهادات

• غربال مولکولی کریستال نانو سیلیکوآلومینوفسفات. 66
• الکترود اصلاح شده با نانوسیلیکوآلومینوفسفات سنتز شده 66
• پیشنهادات……………………………………………………………………………… 67

پیوست – منابع و ماخذ…………………….. 68
چکیده انگلیسی…………………………… 72


 
فهرست شكل‌ها
 
شکل1-1: واحدهای TO₄ در غربال مولکولی­های زئولیتی و آلومینوفسفاتی…………………………….    3
شکل 1-2: ساختار اتمی شبکه­های CHA(a), MFI(b), AFI©, DON(d)…………………………….     5
شکل1-3: روش سنتز قالبی و قالب­های رایج در آن: 1. تک مولکول، 2. مولکول دوگانه دوست (دارای یک رشته‌ی آلی چربی دوست (قرمز) و یک سر آب دوست (آبی): Amphiphile))و 3. مایسل (خوشه­ای از مولکول های دوگانه-دوست: Micelle)) و 4. مواد پیچیده­تر، 5. یک ساختار کروی، 6. دسته­ای از ساختارهای کروی……………………………….     9
شکل 3-1: نمایی از نحوه­ی فعالیت پتاسیواستات…………………………………………………………….. 32
شکل 4-1: الگوی XRD غربال مولکولی نانوساختار SAPO………………………………………………. 39
شکل 4-2: الگوی XRDغربال مولکولی نانوساختار NiSAPO……………………………………………. 40
شکل 4-3: تصویر SEM غربال مولکولی نانوساختار SAPO………………………………………………. 41
شکل 4-4: تصویر SEM غربال مولکولی نانوساختار NiSAPO……………………………………………   42
شکل 4-5: آنالیز FTIR  غربال مولکولی نانو ساختار SAPO ……………………………………………..   43
شکل 4-6: آنالیز FTIR کاتالیزور  نیکل SAPO………………………………………………………………   43
شکل 4-7: ولتامتری چرخه­ای الکترود الف CPE و  ب الکترود اصلاح شده 25%SAPO/CPE  در محلولmM  10 پتاسیم فری سیانید وM 1/0  KCl با سرعت اسکنmV/S   20 و pH=7……………………44
شکل4-8: ولتامتری چرخه­ای الکترود SAPO/CPE  25% در محلول  در محلولmM  10 پتاسیم فری سیانید وM 1/0  KCl در سرعت اسکن­های بالاتر از 350 میلی ولت برثانیه و شکل الحاقی در سرعت اسکن­های کمتر از 350 در همان شرایط………………………………………………………………………………………..45
شکل 4-9 :شکل  برحسب  برای ولتامتری چرخه­ای اکسیداسیون K₄Fe(CN)₆ در صفحه­ی  (b)SAPO/CPE و (a)  CPE با سرعت اسکن­های مختلف……………………………………………………………..47
شکل 4-10: ولتامتری چرخه­ای الکترود (a)CPE و الکترود SAPO/CPE 25% (b) بعد از قرارگرفتن در محلول 1_/0  مولار نیکل کلراید و به همراه ولتامتری چرخه­ای قبل از گذاشتن الکترودها در محلول 1_/0 مولار نیکل کلراید…………………………………………………………………………………………………………………….48
شکل4-11: مقایسه­ی شدت جریان پیک آندی الکترودهای اصلاح شده در حضور و در غیاب متانول…..49
شکل 4-12: a چرخه ولتامتری Ni/NSAPO/CPE  در سرعت اسکن­های  کمتر از 300میلی­ولت بر ثانیه در محلول  1_/0  مولار  NaOH  . b شکل E_p  بر حسب Log υ  برای  پیک­های آندی (a)  و کاتدی (b) ولتامتری چرخه­ای نمایش داده شده در قسمت a . c  وابستگی جریان­های پیک­های آندی و کاتدی  به سرعت اسکن در سرعت اسکن­های کمتر(5 تا 75 میلی­ولت بر ثانیه).  d شکل  جریان­های پیک­های آندی و کاتدی بر حسب ^2/1υ  برای سرعت اسکن­های بالاتر از  75 میلی­ولت بر ثانیه………………………………….50
شکل 4-13: ولتامتری چرخه­ای  Ni/NSAPO/CPE  در محلول NaOH 1_/0 مولار الف در حضور  متانول 01_/0مولار و   ب غیاب متانول….…………………………..…………………………………….54
شکل 4-14: (a)   شکل I_pa بر حسب υ و (b)  I_pa برحسب ^2/1υ  داده­های استخراج شده ولتامتری چرخه_­­ای الکترود Ni-SAPO/CPE در حضور متانول با غلظت 005/0 در محلول 1/0  مولار NaOH در سرعت اسکن­های مختلف. ©  تغییرات log(I_pa) بر حسب log υو (d)  شکل تغییرات ^2/1υ /I_pa  برحسب …υ..56
شکل 4-15: تغییرات نرخ  I_pa/I_pc  برای Ni-SAPO/CPE نسبت به سرعت اسکن در محلول NaOH 1_/0 مولار  ▲در غیاب متانول ■ در حضور متانول با غلظت 005_/0 مولار…………………………………………….58
شکل 4-16: منحنی تافل و منحنی الحاقی ولتامتری چرخه­ای الکترود اصلاحی در محلول NaOH  1_/0 مولار و در حضور متانول با غلظت 005_/0 مولار با سرعت اسکن mV/s 20………………………………………58
شکل4-17:  a  کرنوآمپرومتری دوپله­ای الکترود Ni/NSAPO/CPE  در محلول NaOH 1_/0  مولار باغلظتهای  0، 0015_/0، 003_/0، 01_/0 مولار متانول (گام­های پتانسیل به ترتیب 7_/0 و 3_/0 بر حسب Ag/AgCl/KCl )   b  منحنی جریان بر حسب زمان در I غیاب متانول و II حضور متانول c  وابستگی  به  از روی داده­های کرنوآمپرومتریc  وابستگی جریان به  از داده­های کرنوآمپرومتریd  وابستگی نرمال شده­ی شکلc  به غلظت متانول………………………………………………………………………………………..59
شکل 4-18: نمایش رفتار نمایی کرنوآمپرومتری الکترود  Ni/NSAPO/CPE در مقابل الکترود  CPE….61
شکل 4-19: تصویرSEM  a) الکترود خمیر کربن b) الکترود خمیرکربن اصلاح شده با SAPO %25w/w  c) الکترود خمیرکربن اصلاح شده با SAPO بعد از لود شدن در محلول نیکل کلراید 1/0مولار…………….63
فهرست جداول
 
جدول 1-1: مثال­هایی از زئولیت­های کوچک، متوسط، بزرگ حفره……………………………………………………….. 5
جدول 2-1: کشف­ها و پیشرفت­های اصلی در زمینه­ مواد غربال کننده­ی مولکولی در طی این دوره                   23
جدول 2-2: سیر تکامل زئولیت­های آلومینوسیلیکاتی از دهه­ی 1950 تا دهه­ی 1970………………. 24
جدول 4-1: جدول محاسبات k_s  از طریق معادله (5) و شکل b4 برای mV 200<E∆…………………. 52
جدول 4-2: محاسبه مقدار k_cat……………………………………………………………………………………………………………………. 60
جدول 4-3: مقایسه­ی ثابت نرخ کاتالیزوری (k_cat) برخی از الکترودهای اصلاحی در اکسیداسیون متانول.61
مروری کلی بر غربال مولکولی سیلیکوآلومینوفسفات[1]
نزدیک به شش دهه است که پیشرفت­های تاریخی در مورد غربال­های مولکولی صورت گرفته است. این پیشرفت­ها از غربال­مولکولی­های آلومینوسیلیکاتی شروع شده و به مواد آمورف سیلیسی با تخلخل­های میکرونی[2]، پلی­مورف­­های[3] بر پایه­­ی آلومینوفسفات، کامپوزیت­های متالوسیلیکات و متالوفسفات، چارچوب­های هشت وجهی – چهاروجهی، غربال­های مولکولی