پروژه طراحی کاتالیستهای شیمیایی ممانعت کننده از آلودگی هوا و توانایی آنها در پاکیزگی محیط زیست ۱۱۳ ص

Word2007777

فهرست مطالب

عنوان

صفحه
پیشگفتار

۱

چکیده

۳

      ü        فصل اول

مقدمه

۶

۱-۱ انواع آلاینده های موجود در هوای تهران

۷

۲-۱ اثرات سوء آلایندها بر ساختمان بیولوژیکی بدن

۸

۳-۱ لزوم استفاده از کنورتورهای کاتالیستی و خصوصیات کاتالیستی

۹

۴-۱ تاریخچه و سیر تکاملی کنورتورهای کاتالیستی در سطح جهانی

۱۲

      ü        فصل دوم

شیمی فیزیک واکنشهای انجام شده در
مجاورت کاتالیستهای سه جانبه

۱۶

۱-۲ واکنشهای انجام شده

۱۹

۲-۲ شرایط انتخاب کاتالیست سه جانبه

۲۲

عنوان

صفحه

      ü        فصل سوم

مروری بر کاربرد کاتالیستها در تبدیل گازهای اگزوز

۲۴

۱-۳ کاتالیزورهای اکسید کننده هیدروکربن و کربن منواکسید

۲۵

۲-۳  کاتالیزور های احیاء کننده اکسید نیتروژنی

۲۶

۳-۳ کاتالیست اکسید فلزات انتقالی برای اکسیداسیون HC , CO

۲۸

۴-۳ کاتالیست فلزات نادر برای اکسیداسیون هیدروکربنها و منواکسید

۲۹

۵-۳ کاتالیستهای احیاء اکسیدهای نیتروژنی و NOX

۳۰

۶-۳ کاتالیزورهای سه جانبه مقاوم در برابر سموم کاتالیستی برای کنترل همزمان NOX , CO , HC

۳۲

۷-۳ استفاده از کاتالیست پلاتین- رودیوم در کنورتورهای کاتالیستی

۳۶

۸-۳ اکسید سزیم بعنوان عامل بهبود دهنده در کاتالیستهای سه جانبه

۵۰

۹-۳  طراحی کاتالیزور با خواص بهبود یافته

۵۱

۱۰-۳ استفاده از کاتالیست های پالادیم- تنگستن در اگزوز اتومبیل

۵۲

۱۱-۳ استفاده از کاتالیست های پالادیم- لانتانیوم در کنترل آلودگی اتومبیل

۵۷

      ü        فصل چهارم

سینیتیک واکنشها

۶۴

عنوان

صفحه

۱-۴ سینیتیک واکنش اکسیداسیون در مجاورت اکسید فلزات قلیایی

۶۵

۲-۴ سینیتیک واکنش اکسیداسیون در مجاورت فلزات نادر

۶۸

۳-۴ سینیتیک واکنش تجزیه و احیاء NO

۷۲

۵-۴ احیاء NO بوسیله CO در مجاورت کاتالیزور پالادیم با پایه آلومین

۷۵

۶-۴ مکانیسم سینتیکی واکنش CO+NO در مجاورت کاتالیستهای مجهز به RH

۸۴

      ü        فصل پنجم

انتخاب ، طراحی و ساخت کاتالیست

۹۳

۱-۵ انتخاب و مشخصات پایه کاتالیست

۹۴

۲-۵  طبقه بندی تداخل های پایه و فلز

۹۵

۳-۵ ماهیت و ترکیب پایه ها

۹۶

۴-۵ پایه آلومین

۹۷

۵-۵ انتقال فازهای آلومین

۹۹

۶-۵ تهیه و آماده سازی پایه کاتالیست

۱۰۱

۷-۵ انتخاب و فرمولاسیون کاتالیست

۱۰۱

۸-۵ روش ساخت و تهیه کاتالیست

۱۰۴

مراجع

۱۰۷

پیشگفتار :

حفظ محیط زیست جزء وظایف اصلی انسان بشمار می آید . با پیدایش انقلاب صنعتی در اروپا و متعاقب آن با تکامل پیوسته تکنولوژی آلودگی محیط زیست نیز افزایش پیدا کرده است . اتومبیلها به عنوان یکی از منابع عمده آلودگی محسوب میگردند .

با افزایش تعداد اتومبیلها در جهان و بخصوص در شهرهای بزرگ نظیر تهران ،‌دفع طبیعی آلودگی امکان پذیر نبوده و الزاماً میبایست در جهت کاهش آن از منبع تولید کننده ( اصلاح موتور ) و نیز تبدیل گازهای مضر به گازهای کم ضررتر اقداماتی صورت گیرد . در چند دهه اخیر این موضوع مورد نظر قرار گرفته و پیشرفتهای زیادی برای رفع این مشکل حاصل شده است بطوریکه تکنولوژی ساخت موتورها به مقدار قابل ملاحظه ای اصلاح شده و احتراق بهبود و مصرف اتومبیل کاهش یافته است .

علیرغم این اصلاحات ،‌هنوز امکان حذف کامل گازهای آلوده کننده وجود ندارد و لذا میبایست پس لز احتراق و خروج گاز از موتور به کمک کنور تورهای کاتالیستی ، آنها را به گازهای کم ضرر CO2و HO2 تبدبل نمود . از حدود  بیست سال پیش استفاده از کنور تورها یکاتالیستی که در صنایع شیمیایی جایگاه مشخصی داشته اند ، تحت عنوان کنور تورهای کاتالیستی اتومبیل رایج شده است . متاسفانه با وجود آلودگی شدید هوای شهرهای بزرگ ایران بخصوص و تهران سابقه فعالیتی در این زمینه وجود ندارد و لذا در این پروژه اولین قدمهای لازم برای شناخت علمی و عملی کاتالیستهای مربوط بر داشته شده است . نظر به اینکه لازمه هر گونه مطالعه ای در این زمینه ، شناخت نوع و عملکرد کاتالیستهای مربوطه میباشد ،ؤ این کار بر این موضوع متمرکز گردید . بدیهی است که در ادامه این پروژه نحوه انتخاب ، طراحی و ساخت این کاتالیزورها مورد بررسی قرار میگیرد .

در خاتمه با آروزی موفقیت برای کلیه پژوهشگران این مرز و بوم ، به امید روزی که نفس هوایی سالم و پاکیزه در شهر تهران همچنین بازگشت پرندگان خوش آواز به این شهر دور از واقعیت نباشد .

چکیده :

تنفس در هوایی سالم و پاکیزه یکی از آرزوهای شهروندان در دو دهه اخیر محسوب میگردد . با این هدف این پروژه به منظور گامی در جهت کاهش آلودگی هوا و سالم سازی محیط زیست انتخاب شده است ، آلاینده هایی که در این زمینه مورد بررسی قرار گرفتند آلاینده های گازی ناشی از اگزوز وسایط نقلیه موتوری هستند . آلاینده های اصلی گاز اگزوز عمدتاً شامل مونواکسید کربن (co) ، هیدرو کربنهای نسوخته (hc)و اکسیدهای نیتروژن (nox) میباشند . در این راستا چاره جز استفاده از کنوتورهای کاتالیستی وجود ندارد که در آنها واکنشهای اکسیداسیون CO و HC و واکنش احیاء NOX بطور همزمان انجام شوند . برای این منظور از کاتالیستهای سه جانبه (TWC) استفاده گردد . بنابراین در این پروژه شناخت این کاتالیستها در شرایط حقیقی گازهای اگزوز اتومبیل انجام گرفته است .

در این پروژه از سه فاز a- AL2O3 – S-AL2O3 , y – AL2O3  که به ترتیب هر یک دارای مساحت سطح BET معادل ۲۸۵،۱۲۵،۲۶ متر مربع بر گرم هستند به عنوان پایه کاتالیست استفاده شده است .

فلزات انتخاب شده ، جزء عناصر واسطه گروه هفتم و هشتم جدول تناوبی میباشند . این نوع فلزت از نوع فلزات گرانبها و هم خانواده پلاتین هستند . PT، RH و PD فلزاتی هستند که در طراحی  ، فرمولاسیون و ساخت کاتالیستهای سه چانبه این پروژه بکار گرفته شده اند . درصد وزنی هریک از این فلزات به ترتیب ۵/۰%،۰۵/۰%. ۲۰/۰%میباشد. فرمولاسیون سه نوع کاتالیست ساخته شده یکسان بوده و تنها اختلاف آنها در پایه بکار رفته است .

خلاصه فرمولاسیون کاتالیستهای مذکور به قرار زیر است :

در ساخت کاتالیستهای فوق از روش تلقیح (IMPREGNATION) مرحله ای استفاده گردیده است ، به این ترتیب که در سه مرحله جداگانه هر یک از فلزات یاد شده ، روی پایه های کاتالیستی نشانیده شده اند . ترتیب نشاندن فلزات فوق روی پایه کاتالیست یه گونه ای انتخاب شده است که نقاط ضعف هر یک حد اقل گردد و در عوض نقاط قوت آنها شدت یابد . پالادیم فلزی مقاوم در همروی یا کلوخه شدن (SINTERING) در پایه است ، لذا این فلز در پایین ترین لایه قرار داده شده است . رودیم واکنشهای احیاءNOX را بخوبی انجام میدهد ،اما در مقابل هجوم سموم کاتالیستی بسیار حساسمیباشد ، پس از این فلز نیز در نزدیک ترین لایه به سطح بعد از پالادیم قرار گرفته است . از طرفی پلاتین فلزی مقاوم در مقابل هجوم سموم کاتالیستی است ، این فلز رد خارجی ترین لایه به سطح و روی رودیم نشانیده شده است . لازم بذکر است که پالادیم و پلاتین واکنشهای اکسیداسیون CO و از رابخوبی انجام میدهند .

در طراحی و فرمولاسیون کاتالیست ها این نتیجه حاصل شده بود که میبایست به منظور تعدیل نوسانات ناشی از تغییرات دائم هوا نسبت هوا به سوخت (A/F) و همچنین بهبود خواص کاتالیستی ، از مواد افزودنی چون اکسید سزیم (CeO2)استفاده میگردید ، اما با توجه به عدم دسترسی به نمک سزیم عملاً این ماده در ساختار کاتالیستها ی ساخته شده بکار گرفته نشده است .

با توجه به آزمایشات انجام شده بهترین بازده تبدیل همزمان هر سه آلاینده Nox,HC,CO)) در حوالی نقطه استوکیومتری(A/F=14/7) حاصل میگردد ، لذا طراحی اتومبیل باید طوری باشد که حتی الامکان با این نقطه نزدیک باشد .

نتایج نشان میدهد که کاتالیست PCC1گازهای NO,Nox را با درصد بالایی (بالی ۹۵ درصد) تبدیل مینماید ، اما تبدیل گازهای CO وHC را خوب انجام نمیدهد . البته با افزودن کمی اکسیژن اضافی ( بین ۲ تا ۳ درصد ) تبدیل CO نزدیک به ۱۰۰ درصد هر رسد و نیز تبدیل HC به بالی ۸۰ درصد افزایش یافت ، در عوض تبدیل NO و Nox کمی کاهش پیدا کرد ۰ بدلیل بروز بازدارندگی اکسیژن در انجام واکنشهای احیاء).

کاتالیست PCC2 ، کاتالیست مناسب برای CO و تا حدی برای HC میباشد . چرا که تبدیل CO در این کاتالیست تقریباً ۹۸ درصد بوده و تبدیل HC نیز تا ۷۰ درصد مشاهده شده تبدیل NO,Nox در این کاتالیست پائین تر از ۴۵ درصد میباشد .

افزودن اکسیژن به این کاتالیست درصد تبدیل CO ,HC را افزایش داد و تأثیر محسوسی روی بازده تبدیل NO,NOXنگذاشت .

کاتالیست PCC3و CO را صددرصد تبدیل نمود و تبدبل HC را نیز تا ۸۰ درصد انجام داد، اما تبدیل NO و NOX در این کاتالیست بسیار پائین و حتی زیر ۴۰ درصد (بیشتر اوقات زیر ۲۰ درصد) بود . با توجه به نتایج بالا میتوان اظهار نمود ، کاتالیست مناسب که بکار رفته در آن بین دو فاز باشد .

 

نوشته پروژه طراحی کاتالیستهای شیمیایی ممانعت کننده از آلودگی هوا و توانایی آنها در پاکیزگی محیط زیست ۱۱۳ ص اولین بار در مرکز دانلود پروژه ها و مقالات اماده پدیدار شد.