موضوع:
جاذب های جامد سطحی
سپاسگزاری:
به نام دوست که هر چه هست از اوست
خداوند متعال را شاکرم که به من نیرو داد و سختی و مشکلات راه را بر من هموار نمود و من را مشمول الطاف بی کران خویش قرار داد تا بتوانم این مسیر را به خوبی بپیمایم
.
تقدیم به:
خانواده عزیزم که همیشه مرا در همه حال همراه و یار و یاور بودند.
Table of Contents
مقدمه 1
فرآیند جذب سطحی 2
انواع مواد جاذب 4
فصل اول 5
کربن فعال 5
تولید و بررسی خواص کربن فعال 6
بازیافت حرارتی کربن فعال 16
بازیابی شیمیایی کربن فعال 17
بازیافت کربن فعال با سیال فوق بحرانی 17
شرح مختصر یک واحد صنعتی بازیافت کربن فعال 19
تولید کربن فعال از ساقه خوشه انگور 20
ساخت کربن فعال با استفاده از فعال سازی شیمیایی پوست گردو 21
نتیجه گیری 25
فصل دوم 26
سیلیکاژل 26
چکیده 26
سیلیکاژل (Silica Gel) 27
کاربردهای سیلیکاژل 28
انواع سیلیکاژل 28
مشخصات شیمی – فیزیکی انواع سیلیکاژل 29
مشخصات فنی سیلیکاژلهای مورد استفاده در صنعت نفت 33
بررسی روش های مختلف تولید سیلیکاژل 33
صنعت و سیلیکاژل 35
نتیجه گیری 37
فصل سوم 38
زئولیت 38
چکیده 39
مقدمه 39
طبقه بندی زئولیت 41
زئولیت های طبیعی 41
زئولیت های مصنوعی 44
خصوصیات زئولیت 45
خواص زئولیــت ها 47
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی زئولیت ها 47
چند نمونه از کاربرد زئولیت ها 48
شوینده های سنتزی 49
کاربرد زئولیتها درکشاورزی 56
کاربرد زئولیتها در تصفیه آب 60
نتیجه گیری 63
فصل چهارم 64
الومینا -الومینای فعال 64
چکیده 65
کاربرد 65
خواص 67
در جدول زیر به برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی آلومینا با درجات خلوص مختلف اشاره شده است. 67
کاربردها 68
ساختار 70
تولید 71
روش بایر برای تولید پودر آلومینا 72
مشکلات روش بایر 73
ویژگی های کلیدی آلومینا 74
روشهای شکل دهی الومینا 75
تولید نوع مسطح 76
تولید نوع گداخته 77
گداخته سفید 77
گداخته قهوه ای 78
بررسی پارامترهای موثر بر روی نسوزهای آلومینا 78
کاربردهای کلی آلومینا 79
ساخت آلومینا با ساختار نانو در اشل آزمایشگاهی بعنوان پایه کاتالیست های 80
بررسی غیرفعال شدن کاتالیست کبالت بر پایه آلومینا و ارائه راهکار مناسب جهت کاهش سرعت غیرفعال شدن کاتالیست 81
بررسی تاثیر آلومینای فعال بر غلظت فلوراید موجود در آب و تعیین ایزوترم ها وسینتیک جذب 81
فصل پنجم 82
خاک اره- میوه کاج زغالی شده-خاک کائولینیت-خاک اره زغالی شده 82
حذف رنگ اسیدی Indigocarmine توسط جاذب خاک اره 83
چکیده 83
مقدمه 83
2-بخش تجربی 84
بررسی کارایی جاذبهای طبیعی(میوه کاج زغالی شده،خاک کائولینیت،خاک اره زغالی شده،کربن فعال و خاک اره)در حذف دترجنت 85
چکیده 85
نتیجه گیری 89
منابع…………………………………………………………………………………………………………………………91
واژه نامه
پیرولیز:از هم پاشیدگی یک ترکیب به وسیله گرما
درصد وزنی GB:استاندارد جذب برای کربن فعال
گندزدایی: فرایند تصفیه
عدد یدی:گرم ید جذب شده توسط100گرم از نمونه روغن یا چربی
روشBET:توضیح رفتارمولکولهای گاز در پدیده جذب سطحی مواد جامد(اندازه گیری سطح ویژه)
کلینو پتیلولیت:نوعی زئولیت طبیعی
دیر گداز:موادی که توانایی تحمل حرارت بالای 1500درجه سانتی گراد را داشته باشد
کوراندوم:نام تجاری اکسید الومینیم
اکستروژن:یکی از روشهای شکل دهی فلزات نیم ساخته وشمش ها
مورفولوژی:یا ریخت شناسی- شاخه ای از زیست شناسی که به مطالعه شکل ظاهری ساختار می پردازد
روش XRD:X RAY DIFFRACTION دستگاه XRDجهت شناسایی ساختمان داخلی بلورها استفاده میشود
TEM:یک وسیله ریز بینی که با استفاده از یک تکنیک باریکه ای از الکترون ها از میان یک لایه فوق العاده نازک عبور میکند
سورفاکتانت:مخفف کلمات agent surface activeماده ای است که هنگامی که به مقدار بسیار ناچیز استفاده میشود کشش سطحی اب را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد
LAS:آلکیل بنزن سولفونات خطی
دترجنت:به هر ماده شیمیایی با قدرت نفوذ، حلالیت، پخش کنندگی، خیس کنندگی، امولسیون کنندگی و کاهش دهنده کشش سطحی که از قدرت پاک کنندگی بالایی برخوردار است اطلاق می شود.
مقدمه
فرایند جذب به عنوان راهکاری ساده ومفید درصنعت نفت، تصفیه آب و فاضلاب ،الودگی هوا،حذف رنگ،جذب رطوبت،و دربسیاری ازموارد علمی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار میگیرد.
جذب سطحی یک تکنیک مناسب و قوی برای تصفیه پسابهای خانگی و صنعتی و …می باشد. در تصفیه آب نیز بیشتر از روش جذب سطحی بر روی جاذبهای مختلف از جمله کربن فعال استفاده می شود.جذب سطحی روشی ساده، اقتصادی، سریع و بدون نیاز به هیچ تصفیه و ماده شیمیایی می باشد.کربن فعال یکی از جاذبهای سطحی بسیار متداول و شناخته شده می باشد، ولی به دلیل هزینه های بالای تهیه آن و نیاز به صرف هزینه بالا جهت ساخت سیستمهای احیاء آن، تلاش شده است تا از جاذبهای کم قیمت و طبیعی به منظور جذب مواد الی استفاده شود.از این بین می توان به خاکستر فرار، زغال نارس، خاک اره، تفاله نیشکر، چوب، پوسته های پسته و زیتون، سبوس برنج و سبوس گندم به عنوان جاذبهای جدید، طبیعی و ارزان قیمت در جذب مواد آلی اشاره کرد .قیمت پایین، در دسترس بودن و خصوصیات مناسب جذب از معیارهای مهم در انتخاب یک جاذب برای جذب مواد آلی می باشد.
در پروژه فوق جاذبهای کربن فعال،سلیکاژل،زئولیت،خاک اره،اکتیو الومینا به عنوان جاذب جامد مورد بررسی قرار میگیرند.
فرآیند جذب سطحی
جذب بعنوان غنی کردن یا افزایش دانسیته سیال در نزدیکی سطح یک جامد (جذب کننده ) تعریف می شود. جذب یک فرایند طبیعی است که به وسیله آن مولکولهای ماده حل شده بر سطح یک جاذب جامد جمع شده و می چسبند. این فرآیند زمانی اتفاق می افتد که نیروهای جاذبه در سطح جاذب جامد بر نیروهای جاذبه مایع یا گاز غلبه کند. علت استفاده از این فرآیند گزینشپذیری مناسب یک جاذب برای جذب یک جزء یا چند جزء از اجزای سیال حامل می باشد. بسیاری از مهمترین کاربردهای جذب سطحی وابسته به قدرت انتخاب شوندگی و تفاوت در نیروهای جذب مولکول ها در مخلوط بر روی جاذب میباشد. لذا شناخت انواع نیروهای موثر در جذب سطحی، درک مکانیسم های جذب را آسان ترمی سازد. فرایند جذب سطحی، بر اساس واکنش بین جذب شونده وجاذب یا طبیعت نیروهای متقابل به دو نوع جذب سطحی فیزیکی وجذب سطحی شیمیایی تقسیم می شود.
در جذب سطحی فیزیکی مولکولهای جذب شونده توسط نیروهای ضعیف جاذبه واندروالس بر روی سطح و حفرات جاذب نگه داشته می شوند. این نیروها ذاتاً فیزیکی بوده و قابل برگشت می باشند و سریعاً هم ایجاد می شوند. در این نوع از جذب سطحی، ماده جذب شده در شبکه کریستالی ماده جاذب نفوذ نمی کند، بلکه وارد سطوح متخلخل جاذب می شود. گرمای جذب پایین از ویژگیهای این نوع جذب است.
به طور کلی برای اینکه یک ماده جذب شونده، جذب جاذب شود باید مراحل زیر طی شود(شکل2-1):
* انتقال جرم: مولکولهای جذب شونده به سطح بیرونی ذرات جاذب انتقال می یابند.
* نفوذ داخل جاذب: مولکولها به حفرات جاذب منتقل می شوند.
* جذب فیزیکی
شکل 2-1 مراحل جذب ماده جذب شونده بر روی سطح جاذب
در جذب شیمیایی، انتقال الکترونها مهم است و با تشکیل پیوند شیمیایی بین جذب شونده وسطح جاذب معادل است. نیروهای بین مولکولی ایجاد شده بسیار قوی تر از جذب فیزیکی است و حرارت آزاد شده معمولا زیاد می باشد، بطوریکه در حد حرارت یک واکنش شیمیایی است. این فرآیندها عموما بازگشت ناپذیر می باشند، یعنی با دفع و جداسازی ماده اولیه جذب شده تغییر شیمیایی در جاذب مشاهده می شود. علاوه بر آن با انجام جذب سطحی شیمیایی حالت ماده جذب شده نیز به دلیل انجام واکنش شیمیایی در سطح جاذب تغییر می کند.
لازم به ذکر است که انجام جذب سطحی به صورت شیمیایی به معنی عدم امکان جذب به صورت فیزیکی نیست، بلکه انجام هر دو پدیده در یک زمان است، با این تفاوت که سرعت جذب سطحی شیمیایی بسیار بیشتر از سرعت جذب فیزیکی است.
از جمله متداولترین جاذبهای مورد استفاده در فرآیندهای جذب سطحی میتوان به کربن فعال، زئولیتها، آلومینای فعال و سیلیکاژلها اشاره نمود.
انواع مواد جاذب
الف) جاذبهای طبیعی: مانند خاک دیاتومه، سیلیکاژل،کربن فعال را هم چون اساس طبیعی دارد در این گروه قرار می دهند.
ب) جاذبهای معدنی: مانند آلومینای فعال یا آلومین و برخی اکسیدهای معدنی.
ج) جاذبهای آلی: ماند رزینها.
انواع جاذبها از نظر ساختمانی شرایط جذب اجزا بر سطح خود را دارند و مهمترین ویژگی فیزیکی آنها سطح مخصوص مربوط به ساختمان متخلخل آنهاست که بخصوص در کربن فعال بیشتر این سطح در داخل روزنه ها وجود دارد.
کربن فعال بیشتر از سایر اجسام در تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرد.
فصل اول
کربن فعال
چکیده:
کربن فعال به عنوان یک جاذب دارای کاربردهای مهم و حیاتی میباشد. این ماده از پیرولیز موادگیاهی حاوی کربن تولید میشود و تحت عملیات فعال سازی قرار میگیرد. علت استفاده از کربن فعال توانایی این ماده در جذب مواد آلی مختلف است.کربن فعال برای مصارف تصفیه از مواد خام اولیه مختلفی مانند ذغال قیردار، ذغال سنگ نارس(تورب)، ذغال چوب نما یا قهوه ای، پسمانده های نفتی، چوب و پوست نارگیل.
امروزه از زائدات کف مخازن نفت و همچنین از خاکستر فرار زباله سوزها که با فرآیندهای شیمیایی به صورت گلوله در می آیند، برای تهیه کربن فعال استفاده می شود.
تولید و بررسی خواص کربن فعال:
کربن فعال به عنوان یک جاذب دارای کاربردهای مهم و حیاتی میباشد. این ماده از پیرولیز موادگیاهی حاوی کربن تولید میشود و تحت عملیات فعالسازی قرار میگیرد.
با توجه به نوع موادخام مصرفی، کربنهای فعال دارای اندازه منفذ و شکلهای متفاوت هستند و از طرفی با توجه به اندازه منفذ و توزیع اندازه دارای کاربردهای گسترده و ویژه ای میباشند. در این جا مراحل تولید کربن فعال و ساختار منفذی انواع کربن فعال مورد بررسی قرار میگیرد.
کربنهای فعال شده محصولات پیچیده ای میباشند و به تبع طبقه بندی براساس رفتار، مشخصات سطح و روش آماده سازی آنها مشکل میباشد، هر چند یکسری طبقه بندی براساس مشخصات فیزیکی آنها انجام شده است.
۱. کربن فعال پودری (دارای اندازهای کمتر از ۱۰۰ نامومتو و میانگین قطری بین ۱۵ تا ۲۵ میکرومتر)
۲. کربن فعال گرانولی (دارای اندازهای بزرگتر از کربن فعال شده پودری میباشد)
۳. کربن فعال کروی
۴. کربن تزریق شده
۵. کربن روکش شده با پلیمرها
استاندارد جذب برای کربن فعال مورد استفاده این است که بتواند تا حدود ۲۰% وزنی گاز GB و یا سیانوژن کلراید جذب نماید. اگر کربن فعال تازه باشد و در معرض رطوبت قرار نگرفته باشد خواهد توانست تا ۴۰% وزنی GB جذب نماید. تعداد زیادی از گازهای سمی را میتوان با گذراندن از کربن فعال شده از هوا جدا کرد، این خاصیت برای مواد شیمیائی با وزن مولکولی بالا از قبیل مواد شیمیائی GB موثر میباشد، گازهای سبک از قبیل کربن یا سیانوژن کلراید را نمیتوان به راحتی سایر گازها جدا نمود، منواکسید کربن یکی از موادی است که به سختی میتوان به کمک کربن فعال جذب نمود ولی میتوان با استفاده از تزریق یکسری از موادشیمیائی به کربن فعال، قابلیت جذب اینگونه مواد را در کربن فعال ایجاد نمود و قدرت بازدارندگی کربن فعال را بالا برد. موادی که بدین منظور میتوان استفاده نمود نمک های نقره، مس و کرم میباشد.
● مراحل تولید
کربن فعال شده از پیرولیز موادکربنی از قبیل چوب، زغال سنگ و هسته میوه ها یا پلیمرهای مصنوعی از قبیل ریون، پلیاکریلونیتریل یا فنولیک حاصل میگردد و در مراحل بعدی تحت عملیات فعال سازی قرار میگیرد. پیرولیز موادکربنی، بدون حضور هوا، باعث تخریب مولکولهای غیرآلی میشود که یک ماده قیری شکل حاوی موادگازدار خواهد بود و در نهایت یک جسم جامد کربنی از آن ایجاد خواهد شد. جسم تولیدشده دارای تعداد زیادی حفره های بزرگ و دارای سطح ویژه ای در حد چندین مترمربع برگرم میباشد.
۱. موادخام
از نظر اقتصادی، ترجیحاً موادی با کربن بالا و موادآلی کم برای تولید کربن فعال شده انتخاب میشود، ماده تشکیل شده جامد حاصل از عملیات پیرولیز باید دانسیته بالا و همچنین دارای گازهای فرار کافی باشند، آزادسازی گازهای فرار در مرحله پیرولیز باعث ایجاد منافذ در کربن میشود. دانسیته بالا باعث میشود کربن از استحکام و ساختار محکمی برخوردار گردد موادخام مورد استفاده به ترتیب اهمیت آنها از نظر ظرفیت تولید کربن متخلخل، مشخصات نهائی و مقدار مصرف عبارتند از: چوب، زغال سنگ، سیگمنت (نوعی زغال سنگ)، پوست نارگیل و تورب.
۲. کربونیزاسیون
در حین کربونیزاسیون اجزاء غیرکربنی از قبیل هیدروژن و اکسیژن به صورت گاز از مواداولیه خارج میشوند و کربنهای آزاد نیز به صورت گروهی، بلورهای گرافیت تشکیل میدهند. به دلیل وجود منافذ در بین بلورها آرایش یافتگی بلورها از دو طرف به صورت نامنظم میباشد. این فرآیند معمولاً در درجه حرارتی زیر ۸۰۰ درجه سانتی گراد در یک محیط حاوی یک جریان ورودی از اتمسفر صورت میگیرد، پارامترهای مهم تعیین کننده کیفیت محصول تولید شده عبارتند از:
1.نرخ حرارت دادن
۲.دمای خیساندن
۳. مدت زمان خیساندن
ساختار ریز منافذ کربن در دمای در حدود ۵۰۰ درجه سانتی گراد شکل میگیرد. بعضی از این منافذ به وسیله ماده قیری آزاد شده در حین فرآیند پیرولیز مسدود میشود که میتوان با حرارت دادن مجدد در ۸۰۰ درجه سانتی گراد دوباره این منافذ را ایجاد کرد. افزایش دما تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد و بیش از آن باعث سخت شدن ساختار کربن و کاهش درجه تخلخل میشود.
۳. فعال سازی
کربنها را با توجه به آرایش یافتگی بلورهای آن به صورت گرافیت یا غیرگرافیت تعریف کرده ا ند. کربنهای گرافیتی دارای بلورهائی با سه بعد یکسان میباشند در صورتیکه در کربنهای غیرگرافیتی اینگونه نمی باشد. براساس توضیحات داده شده، در حین کربونیزاسیون سه فضای خالی در کربن ایجاد میوشد که در حین کربونیزاسیون به وسیله کربنهای غیرآرایش یافته "آمورف" مسدود میشود. محصولات مرحله کربونیزاسیون دارای ظرفیت جذب خیلی کمی میباشند و احتمالاً این مسئله به دلیل کربونیزاسیون در دمای پائین و وجود ماده قیری باقیمانده در منافذ بین بلورها و روی سطح آنها میباشد. بعضی از محصولات کربونیزه شده را میتوان با خارج ساختن موادقیری به وسیله حرارت دادن در بخار یا تحت گاز و یا عمل خالص سازی به کمک حلال و یا واکنشهای شیمیائی فعال کرد. عمل فعال سازی باعث بزرگ شدن قطر حفره هائی میشود که در حین فرآیند کربونیزاسیون ایجاد شده اند و همچنین باعث ایجاد یکسری حفره ریز نیز خواهد شد و بدین گونه میتوان به یک ساختار حفرهای با مساحت سطح داخلی بالا دست پیدا کرد. پدیده فعال سازی به دو روش انجام میشود.
الف ـ فعال سازی شیمیائی: در ابتدا ماده خام با یک محلول غلیظ از مواد فعال کننده اشباع میشود و با این عمل، مواد سلولزی از بین میروند و تحت عملیات حرارتی در دمای بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی گراد قرار میگیرند، مواد پرولیز شده سرد میشوند و به منظور خارج ساختن مواد فعال کننده، تحت عملیات شستشو قرار میگیرند و سپس مواد فعال کننده عبارتند از: اسید فسفریک، کلرید روی، اسید سولفوریک و یدید پتاسیم.
ب ـ فعال سازی فیزیکی: در این فرآیند به کمک محصولات کربونیزه شده، ابعاد و ساختار مولکولی منافذ گسترش مییابد و مساحت سطحی آنها افزایش مییابد، این عملیات در دمائی بین ۸۰۰۰ الی ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد با حضور مواد گازی اکسیدکننده مناسب مانند دی اکسید کربن و هوا انجام میگیرد.
C+H2O=Co+H2 (29 kca
C+Co2=2Co (39 kcal
Co+H2O=H2 (10 kcal
مولکول آب کوچکتر از مولکول دی اکسیدکربن میباشد و در نتیجه سرعت نفوذ آن به داخل منافذ کربن بیشتر میباشد و سرعت واکنش با بخار بیشتر از سرعت واکنش با گاز دی اکسیدکربن میباشد.
● ساختار منافذ کربن
منافذ در کربنهای فعال شده دارای اندازه و شکلهای متفاوتی میباشند. منافذ براساس اندازه آنها به سه دسته تقسیم بندی میشوند.
۱. ماکرومنافذ: دارای میانگین قطری بیشتر از ۵۰ نانومتر میباشند.
۲. مزومنافذ: دارای قطری برابر با ۲ الی ۵۰ نانومتر میباشند.
۳. میکرومنافذ: دارای قطری کمتر از ۲ نانومتر میباشند که خود نیز به سوپر و آلترا میکرو تقسیم میشوند.
بعضی از کربن فعالها با توجه به نوع موادخام مصرفی، شکل منفذ موجود در کربن فعال تولید شده متفاوت میباشد.
● جذب به وسیله کربن فعال شده
جذب عبارت است از قرارگیری لایهای مولکولهای گاز یا مایع از یک فاز در حال حرکت بر روی سطح یک جسم جامد به کمک نیروی جاذبه مولکولی واندروالس. اتمهای سطحی جسم جامد کربن فعال در مقایسه با اتمهای داخلی دارای انرژی موازنه نشده ای میباشند و مولکولهای خارجی سعی بر موازنه کردن این انرژی دارند و بر سطح جذب میشوند این مولکولها لایه تکی روی سطح جسم جامد را تشکیل میدهند.
● کربنهای فعال پیشرفته
علاوه بر کاربردهای عمومی کربنهای فعال، کربنهای فعال پیشرفته ای با کنترل مخصوص بر روی ساختار منافذ در چند دهه اخیر برای کاربردهای خاص، ایجاد شده اند.
۱. غربال کننده های مولکولی کربنی (CMS)
غربالهای کربنی یک کلاس ویژه از کربنهای فعال میباشند که دارای منفد با اندازه کوچک و با یک محدوده توزیع کوچک در حدود میکرو منافذ میباشند.این کربنها برای جداسازی و جذب گاز و مایع در محیط هائی با غلظتهای خیلی کم مورد استفاده قرار میگیرند. مشابه جذب گاز اتیلن برای تازه نگه داشتن میوه و سبزیجات، اغلب کاربرد کربنهای CMS در سیستمهای جداسازی گاز میباشد. اندازه منفذ در کربنهای CMS با اندازه مولکولهای جذب شونده نیتروژن و هیدروژن قابل مقایسه میباشد. دمای جذب نیز سرعت جذب یک گاز را تحت تاثیر خود قرار میدهد، در دمای بالا سرعت جذب نیز بالاتر میباشند. کربنهای CMS برای جداسازی نیتروژن و اکسیژن مورد استفاده قرار میگیرند.
۲. الیاف کربن فعال
تکنولوژی تولید الیاف کربن فعال شده ترکیبی از تولید الیاف کربن به علاوه مراحل فعال سازی آن میباشد. تا هنگامیکه خصوصیات مکانیکی بالا مورد نیاز نباشد ترجیح داده میشود که الیاف کربن با ساختار آمورف تولید شود. بنابراین فرآیند تولید الیاف کربن فعال شده شامل توسعه الیاف کربن آمورف در دمائی در حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد صورت میگیرد. در الیاف کربن حاصل از قیر میتوان بالاترین مساحت ویژه ای در حدود ۲۵۰m^۲/g و بیشترین حجم میکرو منافذ در حدود ۶۱/۱ ml/g را به دست آورد.
کربن فعال در مقایسه با کربن معمولی از مساحت سطح داخلی، تخلخل و قابلیت بیشتری برای جذب گازها و مایعات شیمیایی برخوردار است. این گروه از مواد به عنوان جاذبهای حیاتی در صنایع شناخته شده ا ند و با توجه به اینکه قابلیت ویژه ای در جذب گازها و مایعات مزاحم دارند، در زمینه های مختلفی مورد استفاده قرار میگیرند و میتوان از آنها برای تصفیه و پاکسازی و حتی بازیافت مواد شیمیایی استفاده کرد.
کربن فعال به دلیل مساحت گسترده، ساختار منفذی، ظرفیت جذب بالا و قابلیت فعال سازی مجدد سطح به عنوان یک ماده منحصر به فرد شناخته شده است و به دلیل چنین ویژگیهای منحصر به فرد و همچنین قیمت پایین در مقایسه با جاذبهای غیرآلی مانند زئولیت، اهمیت ویژه ا ی در صنایع مختلف دارد.
جداسازی بو، رنگ و مزه های غیردلخواه از آب در عملیاتهای خانگی و صنعتی، بازیافت حلال، تصفیه هوا بویژه در رستورانها، صنایع غذایی و شیمیایی از مهمترین زمینه های کاربرد این ماده است. علاوه بر اینکه کربن فعال در ترکیب با مواد غیرآلی به عنوان کاتالیست استفاده میشود، در داروسازی نیز برای مبارزه با یک نوع باکتری خاص به کار میرود و به عنوان جداکننده اسیدهای آروماتیک از حلال در داخل اسیداستیک نیز میتوان از آن استفاده کرد.
کربنهای فعال شده محصولات پیچیده ای هستند و به همین دلیل طبقه بندی آنها براساس رفتار، مشخصات سطح و روش آماده سازی اغلب مشکل خواهد بود. استاندارد جذب برای کربن فعال مورد استفاده جذب حدود 20 درصد وزنی گاز GB یا سیانوژن کلراید است.
اگر کربن فعال تازه و در معرض رطوبت قرار گرفته باشد، میتواند تا 40 درصد وزنی GB را جذب کند. تعداد زیادی از گازهای سمی را میتوان با گذراندن از کربن فعال شده از هوا جدا کرد.
این ویژگی درخصوص مواد شیمیایی با وزن مولکولی بالا مانند GB موثر است، اما گازهای سبک مانند کربن یا سیانوژن کلراید را نمیتوان به راحتی دیگر گازها جدا کرد. برای مثال منواکسید کربن یکی از موادی است که به سختی میتوان آن را به کمک کربن فعال جذب کرد.
این در حالی است که میتوان با استفاده از تزریق یک سری از مواد شیمیایی به کربن فعال، قابلیت جذب این گونه مواد را نیز در کربن فعال ایجاد کرده و قدرت بازدارندگی کربن فعال را افزایش داد. برای این کار میتوان از نمک های نقره، مس و کرم استفاده کرد.
همچنین فیلترهای کربن فعال خاصیت جذب مواد آلی و بعضی از فلزات سنگین محلول در آب را دارند و رنگ، بو، کلر و ترکیبات کلر را از آب جذب میکنند. از آنجا که بستر کربن فعال نیز مانند فیلترهای زرین، محیط مناسبی را برای تغذیه و بستر باکتری ها به وجود خواهد آورد، گندزدایی و تصفیه میکروبی از مراحل بعدی ضروری در تصفیه آب خواهد بود.
اساس تهیه کربن فعال دارای دو مرحله اصلی کربونیزاسیون و فعال سازی است. کربن فعال شده از پیرولیز (تغییر شیمیایی در اثر حرارت) مواد کربنی از قبیل چوب، زغالسنگ و هسته میوه ها با پلیمرهای مصنوعی از قبیل ریون، پلیاکریلونیتریل یا فنولیک به دست میآید و در مراحل بعدی تحت عملیات فعالسازی قرار میگیرد.
پیرولیز مواد کربنی، بدون حضور هوا، باعث تخریب مولکولهای غیرآلی میشود که یک ماده قیری شکل حاوی مواد گازدار خواهد بود و در نهایت یک جسم جامد کربنی از آن ایجاد خواهد شد. جسم تولیدشده دارای تعداد زیادی حفره های بزرگ و دارای سطح ویژه ای در حد چندین مترمربع بر گرم خواهد بود. از نظر اقتصادی ترجیحا موادی با کربن بالا و مواد آلی کم برای تولید کربن فعال شده انتخاب میشود. ماده جامد تشکیل شده حاصل از عملیات پیرولیز باید دانسیته بالا داشته و دارای گازهای فرار کافی باشد.
آزادسازی گازهای فرار در مرحله پیرولیز باعث ایجاد منافذی در کربن میشود. دانسیته بالا باعث میشود کربن از استحکام و ساختار محکمی برخوردار شود. چوب، زغال سنگ، سیگمنت (نوعی زغال سنگ)، پوست نارگیل و تورب مواد خامی هستند که به ترتیب از نظر ظرفیت تولید کربن متخلخل، مشخصات نهایی و مقدار مصرف اهمیت آنها افزایش خواهد یافت.
در حین کربونیزاسیون اجزای غیرکربنی مانند هیدروژن و اکسیژن به صورت گاز از مواد اولیه خارج میشوند و کربنهای آزاد نیز به صورت گروهی، بلورهای گرانیت را تشکیل میدهند. به دلیل وجود منافذ در میان بلورها، آرایش بلورها از 2 طرف به صورت نامنظم خواهد بود.
این فرآیند معمولا در درجه حرارتی کمتر از 800 درجه سانتی گراد در یک محیط حاوی یک جریان ورودی از اتمسفر انجام میشود. ساختار ریز منافذ کربن در دمای حدود 500 درجه سانتی گراد شکل میگیرد. برخی از این منافذ به وسیله ماده قیری آزاد شده در حین فرآیند پیرولیز مسدود میشود که میتوان با حرارت مجدد حدود 800 درجه سانتی گراد، مجددا این منافذ را ایجاد کرد. افزایش دما تا 100 درجه سانتی گراد پیش از آن باعث سخت شدن ساختار کربن و کاهش درجه تخلخل میشود.
در حال حاضر در پالایشگاه های تصفیه ی گاز، کربن های فعال پس از مصرف در یک دوره ی شش ماهه، به صورت دور ریز در اطراف پالایشگاه ها رها می شوند که این امر از نظر اقتصادی و مسایل زیست محیطی مشکلاتی را در پی خواهد داشت. در کشورهای توسعه یافته، به وسیله ی تکنولوژی های خاص، پارامترهای اساسی این ماده در چند مرحله بازیابی و مجدداً در سیستم های جذب مورد استفاده قرار می گیرند. اصلی ترین هدف در این مقاله، بررسی امکان استفاده ی مجدد کربن های فعال مصرف شده است.
یکی از تکنولوژی های اصلی و مهم در صنعت گاز برای حذف مواد شیمیایی آلاینده با غلظت کم، استفاده از پدیده ی جذب سطحی در بسترهای کربن فعال است. امروزه این فناوری، جایگزین بسیاری از روش های جدا سازی شده است. پس از جذب مواد آلاینده، بسترهای حاوی کربن بایستی تحت عمل احیاء قرار گرفته و مواد جذب شده از بسترها دفع شوند. روش های متفاوتی به منظور احیاء بسترهای کربنی وجود دارند که هر یک دارای محدوده ی عملکردی و نقاط ضعف و قوت خاص خود می باشند.در این پروژه روشهای مختلف بازیابی کربنهای فعال مصرفی در پالایشگاه های گاز و انتخاب روش مناسب بازیافت بر اساس مطالعات انجام شده و نیز انجام آزمایشات بازیابی با استفاده از سیستم Set-up مطرح شده و سپس به بررسی فنی – اقتصادی موضوع می پردازیم. روش های احیاء و بازیافت کربن های فعال به طور کلی بر اساس دفع و یا تجزیه استوار هستند. در روش های دفع (Regeneration)، افزایش دما و استفاده از یک حلال، بدون این که ساختمان کربن را تخریب کنند، موجب خارج کردن آلاینده ها از آن می شوند. در صورتی که روش های تجزیه و یا فعال سازی مجدد (Reactivation)، در دماهای بسیار بالا انجام گرفته و در آن ها مواد آلاینده تخریب میگردند و بدین ترتیب کربن مجدداً فعال می شود.روش های گوناگونی که از آن ها برای احیاء کربن ها استفاده می شود عبارتند از : حرارتی (توسط گاز بی اثر، بخار آب یا آب داغ)، غیر حرارتی (استخراج به وسیله ی حلال های شیمیایی، عوامل فعال کننده ی سطحی و استخراج فوق بحرانی)و تجزیه (شیمیایی به صورت کاتالیستی یا حرارتی، میکروبی یا الکتروشیمیایی). احیاء یا فعال سازی مجدد فوق را می توان در محل مصرف کربن ها و یا خارج از محل انجام داد. انتخاب هر یک از این راه ها بستگی به مقدار مصرف کربن، نوع مواد آلاینده، نوع کربن و دیگر پارامترهای تاثیر گذار دارد. در نهایت فاکتورهای اقتصادی فرایند، تعیین کننده بوده و در برخی موارد دور ریختن کربن ها بهترین گزینه است.
بازیافت حرارتی کربن فعال
بازیافت یا احیاء حرارتی که در این بخش مورد بررسی قرار می گیرد، یکی از مهمترین و قابل انعطاف ترین تکنیک ها برای بازیابی کربن های فعال مصرف شده در فرایند تصفیه است. اصولاً در صورتی که مخلوطی از مواد شیمیایی آلی جذب کربن شده باشند روش هایی غیر از روش حرارتی به اندازه ی کافی موثر واقع نمی شوند. در سایر روش ها فقط بخشی از مواد جذب شده توسط یک حلال خاص، گاز داغ یا ماده ی شیمیایی حذف می شوند . بدین ترتیب کارایی کربن به طور پیوسته طی بازیافت های مکرر کاهش یافته و پس از چند مرحله بازیابی، باید کربن را دور ریخت. از آنجا که در اکثر سیستم های استفاده از بسترهای کربنی به خصوص فرایندهای تصفیه ی گاز، مخلوط پیچیده ای از مواد آلی و ترکیبات دیگر با نقاط جوش بالا جذب بستر کربنی می شوند، لذا روش بازیافت حرارتی بالاترین راندمان بازیافت را خواهد داشت.
در احیاء یا بازیافت حرارتی، فرایند خشک کردن، دفع حرارتی و بازیابی در دماهای بالا در حضور گازهای بی اثر یا مقادیر جزیی از گازهای اکسید کننده مانند بخار آب، دی اکسید کربن و هوا انجام می پذیرد. به دلیل وجود دماهای بالا، این عمل را معمولاً در محل انجام نمی دهند. به همین دلیل نیاز به حمل کربن های مصرفی به واحدهای بازیابی هست. این واحدها شامل کوره های چند طبقه یا کوره های دوار با تجهیزات جانبی هستند. بازیافت در دماهای بالا معمولاً منجر به کاهش 5 تا 15 درصدی ظرفیت جذب و سطح فعال کربن ها و نیز هدر رفتن حدود 10 درصد در هر مرحله ی بازیابی می شود. به همین دلیل ساختمان کربن ها به مرور ضعیف تر شده و برخی از روزنه های ریزتر نیز در دماهای بالا مسدود می شوند.از این رو عمل بازیافت حرارتی معمولاً بیش از دو تا سه مرحله بر روی یک نوع کربن مصرف شده انجام نمی گیرد. جهت مطالعه ی عملکرد بازیافت حرارتی روی کربن های فعال مصرف شده از روش های آنالیز وزنی حرارتی (TGA) و دفع حرارتی برنامه ریزی شده (TPD) همراه با آنالیز وزنی یا طیف سنجی جرمی استفاده می شود . در فرایند بازیافت حرارتی از کوره های چند طبقه، دوار، بستر ثابت، بستر متحرک و بستر سیال استفاده می شود، انتخاب نوع کوره بستگی به پارامترهای گوناگونی چون مقدار کربن مصرفی، هزینه های ساخت و نصب، فضای مورد نیاز، مصرف سوخت، خوردگی و سایر عوامل عملیاتی دارد.
بازیابی شیمیایی کربن فعال
علیرغم این که در حال حاضر بازیابی حرارتی متداول ترین روش بازیافت کربن فعال است، این روش با چالش هایی نیز همراه شده که از مهمترین آن ها می توان به حدود 5 تا 10 درصد اتلاف کربن ناشی از اکسایش و سایش و نیز هزینهی مصرف انرژی بالا برای این نوع بازیابی است. از سوی دیگر انتقال کربن فعال مستعمل از محل استفاده به محل بازیافت، که معمولاً همان واحدهای ساخت کربن فعال هستند، مستلزم صرف هزینه ی قابل توجهی است.
یکی از روش هایی که به عنوان جایگزین روش بازیافت حرارتی کربن فعال پیشنهاد شده است، بازیافت شیمیایی آن است. در این روش ماده ی جذب شده، در اثر یک واکنش شیمیایی یا یک بر هم کنش شیمی فیزیکی، سطح کربن فعال را ترک می کند. روش بازیافت شیمیایی دارای این مزیت است که تقریباً هیچ اتلافی در کربن ایجاد نمی کند. همچنین در اغلب موارد در دمای محیط انجام می شود، بنابراین مصرف انرژی ناچیزی دارد و عمل بازیافت در محل استفاده، روی می دهد.
بازیافت کربن فعال با سیال فوق بحرانی
یکی از نخستین کاربردهایی که برای سیال فوق بحرانی در نظر گرفته شد، بازیافت کربن فعال بود. روش استخراج با سیال فوق بحرانی بر این اصل استوار است که با توجه به این که اغلب مواد آلی در سیال فوق بحرانی قابل حل هستند، با عبور جریانی از این سیال، این مواد از کربن فعال دفع و در فاز سیال فوق بحرانی حل می شوند . مزایای استفاده از سیال فوق بحرانی برای بازیافت کربن فعال نسبت به روش بازیابی حرارتی عبارت است از :
– مصرف انرژی کمتر برای عملیات بازیابی
– اتلاف کمتر کربن فعال در خلال بازیابی
معیارهای انتخاب روش بهینه در بازیافت کربنهای فعال
بر اساس مطالعات انجام شده و مقایسه ی روش های مختلف بازیابی کربن فعال تحت شرایط متفاوت و نیز کاربردهای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد.
– احیاء (Regeneration) در محل (on-site) با استفاده از بخار آب
– احیاء در محل توسط گاز خنثی داغ (نیتروژن)
– احیاء در محل توسط حلال هایی نظیر متانول، اتانول، اسید استیک و اسید فرمیک
– احیاء در محل توسط نوسانات فشار
– بازیابی (Reactivation) در محل (on-site) یا خارج از محل (off-site)
– بازیابی در محل یا خارج از محل توسط کوره های چند مرحله ای
– بازیابی در محل یا خارج از محل توسط کوره های چند مرحله ای الکتریکی
روش های پیشنهادی فوق بر اساس نوع کربن و موارد مصرف، در فرایندهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. مهمترین فاکتور در انتخاب روش، شناخت ترکیبات جذب شده روی بسترهای کربنی و نیز فرایند مورد نظر است؛ چرا که بر حسب خواص ترکیبات جذب شده و نیز ساختار این مواد باید از روش های مناسب استفاده کرد تا از راندمان بازیابی مناسب برخوردار شویم. در مورد خاص کربن فعال مورد مصرف در فرایند های تصفیه ی گاز توسط محلول آمین که ترکیبات مختلفی موجب غیر فعال شدن کربن می شوند شرایط متفاوت است.
مجموعه موادی که جذب بستر کربن مورد استفاده در فرایند تصفیه با آمین قرار می گیرند به دو دسته تقسیم می شوند، دسته ی اول موادی هستند که فرّار بوده و امکان دفع یا خارج کردن آن ها از بستر کربنی از طریق روش های احیاء در محل ( نظیر استفاده از بخار آب و گاز داغ و یا شستشوی با حلال ) وجود دارد. این روش به درصدی از بازیابی سطح کربن خواهد رسید. دسته ی دوم را ترکیباتی با نقاط جوش بالا تشکیل می دهند که از آن جمله می توان به ترکیبات ناشی از تجزیه ی آمین و یا مواد افزودنی به سیستم اشاره کرد. حذف این ترکیبات با استفاده از روش های احیاء در محل امکان پذیر نبوده، لذا باید از روش های بازیابی (Reactivation) در خارج از محل با استفاده از کوره های خاص و تحت شرایط عملیاتی پیش بینی شده استفاده کرد. با بهره گیری از این روش می توان به راندمان بازیابی مطلوب دست یافت.
شرح مختصر یک واحد صنعتی بازیافت کربن فعال
از آنجا که مبنای روش انتخاب شده، بازیابی حرارتی با استفاده از کوره ی دوار و خارج از محل می باشد به عنوان بخش پایانی، در مورد عملیات بازیابی در یک واحد صنعتی توضیحاتی به شرح زیر ارایه می شود. همانطوری که در شکل نشان داده شده، کربن فعال مصرف شده به صورت پیوسته یا ناپیوسته همراه با جریان آب وارد سیلوهای مخصوص خوراک (Spent Carbon Storage) و از آن جا وارد سیستم تزریق خوراک (Furnace Feed Tank) می شود که در ارتفاع بالاتری نسبت به کوره بازیابی قرار گرفته است. سپس از طریق ظرف تفکیک کننده ی کربن و آب (Dewatering screw) وارد کوره ی دوار ( که قسمت اصلی سیستم است ) می شود .
کوره ی دوار شامل یک استوانه ی فولادی است که دو انتهای آن توسط پوشش های ثابت بسته شده و روی دو تا سه سری محور نصب شده است. جریان خوراک به صورت متقابل با بخار و گازهای محترق کننده در طول کوره جریان دارند. کوره دارای شیب ملایم از ورودی به سمت خروجی است تا جریان خوراک ورودی به سمت خروجی هدایت شود. ضمناً سرعت دوران کوره از طریق چرخ دنده های تعبیه شده روی پوسته قابل کنترل است که تغییر در زمان ماند یا زمان بازیابی را موجب می شود. کربن فعال شده از قسمت انتهایی به سمت مجرا، به تانک خاص (Quench Tank) که از آب پر شده وارد و از آن جا وارد مخزن نگهداری کربن فعال می شود.گازهای خروجی ابتدا وارد After burner و سپس scrubber می شوند تا ترکیبات مضر حذف گردند.
تولید کربن فعال از ساقه خوشه انگور:
ایران با تولید سالیانه 3 میلیون تن انواع انگور هفتمین تولید کننده بزرگ انگور در دنیاست . در همین حال استان فارس با %13 کل تولید کشور , بعنوان اولین تولید کننده انگور کشور محسوب می شود . ساقه خوشه انگور از جمله ضایعات تولید کنندگان به شمار می رود که در مقادیر فراوان در دسترس می باشد . در حال حاضر بهترین کاربرد آن به صورت مکمل خوراک دام کاربرد می باشد . در این پروزه به بررسی فرایندهای فیزیکی و شیمیایی تولید کربن فعال از ضایعات مهم باغی کشور با تاکید بر خوشه انگور پرداخته می شود . در این راستا دو روش فعال سازی فیزیکی و شیمیایی که مورد توجه اغلب محققین می باشد مورد بررسی قرار می گیرد . در روش فیزیکی ابتدا کربونه کردن در دمای حدود 500 oC و در اتمسفر خنثی انجام می شود . زغال تولیدی جهت بهینه سازی عملکرد و حذف قابل توجه خاکستر در معرض فرایند اسیدشویی قرار می گیرد . مرحله پایانی تولید، شامل فعال سازی با بخار آب می باشد . در روش شیمیایی که در دمایی بالاتر از 530 oC صورت می پذیرد خوشه با محلول اسید فسفریک به نسبت های مختلف اشباع شده و سپس خوشه اسیدی شده در معرض فرایند حرارتی قرار می گیرد . کربن فعال حاصله در بیشتر موارد از دیدگاه عملکردی بخصوص خواص سطحی قابل رقابت با مواد اولیه دیگر است . با توجه به تولید قابل توجه انگور در ایران، همچنین مصر ف بسیار زیاد کربن فعال در صنایع مختلف بخصوص صنایع نفت و پتروشیمی، در صورت موفقیت در تولید اقتصادی این محصول ضمن ایجاد ارزش افزوده در بخش کشاورزی از خروج مبالغ قابل توجه ارز از کشور جلوگیری می شود.
ساخت کربن فعال با استفاده از فعال سازی شیمیایی پوست گردو:
روش مورد استفاده فعال سازی شیمیایی پوست گردو توسط عامل فعال ساز کلرید روی بوده است. در این بررسیها مشخص گردید که افزایش نسبت وزنی عامل فعال ساز به ماده خام تا 100% وزنی، منجر به افزایش شدید سطح آزاد، حجم حفره ها و نیز عدد یدی محصول نهایی می گردد و افزایش بیشتر نسبت عامل فعال ساز تا میزان دو برابر، منجر به افزایش تدریجی سطح آزاد و حجم حفره ها می شود و بر روی عدد یدی محصول اثری ندارد. اندازه ذرات ماده خام در محدوده مورد بررسی، اثر چشمگیری را بر روی خواص سطحی و جذبی محصول نشان نداده است.
مواد و روش بررسی
ماده خام مورد استفاده در این بررسی، پوست گردوی ایران با مشخصات مندرج در جدول 1 بوده است. این ماده نخست خرد شده و اندازه دانه ها در دو محدوده μm1100-700 و μm350-210 مورد استفاده قرار گرفته است. عامل فعال ساز مورد استفاده، کلرید روی ساخت کمپانی ALDRICH با خلوص 98% بوده است.
جهت ساخت کربن فعال، ابتدا به جرم معینی از ماده خام مورد آزمون، محلول غلیظ و جوشانی از کلرید روی افزوده گردید. جرم کلرید روی موجود در این نمونه بگونه ای انتخاب شد که نسبت جرمی معینی را با ماده خام داشته باشد. مخلوط فوق ضمن بهم خوردن به ملایمت حرارت می دید تا بصورت ظاهری خشک شود. سپس این مخلوط در آون در دمای oC 10140 برای مدت 6 ساعت بطور کامل خشک شده و سپس به منظور انجام فعال سازی، در یک راکتور از جنس کوارتز با حجم ml200 مطابق با شکل 1 قرار داده میشد. این راکتور در یک کوره استوانه ای تا دمای نهایی oC500 -400 گرم شده و برای مدت زمان hr1 در این دما نگهداری می گردید. نمونه نهایتاً تا رسیدن به دمای محیط به ملایمت سرد می شد. در تمام عملیات فوق، گاز نیتروژن خالص با دبی حجمی ml/min200 در راکتور جهت برقراری اتمسفر بی اثر جریان داشت. کربن فعال حاصل, نهایتاً در آون در دمای oC5105 بطورکامل خشک می گردید. نمونه های کربن فعال بدست آمده تحت آزمایشهای جذب نیتروژن در دمای K77 به منظور تعیین سطح آزاد به روش BET قرار گرفته اند. این عمل توسط دستگاه ASAP 2000 ساخت کمپانی Micromeritic انجام شده است. آزمایشهای اندازه گیری عدد یدی بر اساس استاندارد ASTM-D4607 به انجام رسیده اند. همچنین از نمونه ماده خام و نیز برخی از محصولات بدست آمده، تصاویری توسط میکروسکپ الکترونی SEM-360 ساخت کمپانی Cambridge تهیه گردیده است تا ساختمان محصولات بدست آمده مورد بررسی دقیق تر قرار گیرد.
شکل 1 سیستم آزمایشگاهی مورد استفاده جهت ساخت کربن فعال
جدول 1 انالیز تقریبی اجزای نمونه پوست گردو بکار رفته به عنوان ماده خام
سلولز(%)
همی سلولز(%)
لیگنین (%)
مواد قابل استخراج (%)
خاکستر (%)
رطوبت (%)
9/36
9/17
8/24
8/8
6/2
9
نتیجه گیری
پوست گردو بعنوان یک ماده سلولزی با ساختار سلولی و متخلخل, قابلیت بسیار خوبی بعنوان یک ماده خام جهت تولید کربن فعال با سطح بسیار بالا از خود نشان داده است. افزایش درصد تلقیح با کلرید روی تا 100% وزنی، منجر به افزایش چشمگیر سطح آزاد و حجم حفره ها و تا 200% وزنی منجر به افزایش تدریجی این کمیتها می گردد. عدد یدی محصولات نیز تا 100% تلقیح افزایش قابل ملاحظه یافته و از آن به بعد این کمیت تغییرات منظمی را از خود نشان نمی دهد. ابعاد ذرات ماده خام در محدوده مورد مطالعه، تاثیر چشمگیری بر روی خواص سطحی و جذبی محصول نداشته است.
نتیجه گیری:
کربن فعال به گروهی از مواد اطلاق میشود که مساحت سطح داخلی بالا، تخلخل و قابلیت جذب گازها و مایعات شیمیائی را دارند. کربنهای فعال به عنوان جاذبهای حیاتی در صنایع شناخته شدهاند و کاربردهای گسترده ای با توجه به قابلیت جذب گازها و مایعات مزاحم دارند و میتوان از آنها برای تصفیه و پاکسازی و حتی بازیافت موادشیمیائی استفاده نمود. کربنهای فعال به دلیل ویژگیهای منحصربه فرد و همچنین قیمت پائین در مقایسه با جاذبهای غیرآلی مانند زئولیت از اهمیت ویژهای برخوردار میباشند. کربنهای فعال شده به دلیل مساحت گسترده آنها، ساختار منفذی، ظرفیت جذب بالا و قابلیت فعالسازی مجدد سطح، یک ماده منحصربه فرد میباشند. کاربرد مهم و قابل اهمیت آنها در جداسازی بو، رنگ، مزه های غیردلخواه از آب در عملیاتهای خانگی و صنعتی، بازیافت حلال، تصفیه هوا به ویژه در رستورانها، صنایع غذائی و شیمیائی میباشد، همچنین با موادغیرآلی به عنوان کاتالیست نیز استفاده میشوند. در داروسازی نیز برای مبارزه با یک نوع باکتری خاص مورد استفاده قرار میگیرند و به عنوان جداکننده اسیدهای آروماتیک از حلال در داخل اسیداستیک نیز میتوان از کربن فعال استفاده کرد.
فصل دوم
سیلیکاژل
چکیده:
سیلیکاژل بعنوان جاذب رطوبت سال هاست که در جهت محافظت از تخریب وسایل و مواد در معرض رطوبت محیط، استفاده می گردد .در کشورمان مانند خیلی از کشورهای دیگر، سیلیکاژل اندیکاتوردار از روش آغشته سازی محصول سیلیکاژل و یا هیدروژل با استفاده از محلول کبالت کلراید و انجام مرحله پخت، تولید می گردد. در سالهای اخیر اتحادیه اروپا ماده شیمیایی کبالت کلراید را در رده دوم مواد سرطانزا طبقه بندی نموده است .در این طرح سیلیکاژل اندیکاتور دار ایمن جاذب رطوبت، با استفاده از نمک آهن (III)به عنوان اندیکاتور ایمن که رنگ آن از کهربایی پر رنگ (در حالت خشک) به کهربایی کم رنگ و یا متمایل به بیرنگ (در حالت مرطوب) تبدیل می شود، در دو مقیاس آزمایشگاهی و میز تهیه شده است .سیلیکاژل اندیکاتور دارایمن مذکور با استفاده از روش آغشته سازی و از دو طریق تهیه شده است. در طریق اول محصول سیلیکاژل و در طریق دوم هیدروژل بصورت موفقیت آمیزی آغشته سازی شدند و آنگاه پس از مرحله پخت، محصول سیلیکاژل اندیکاتور دار ایمن حاصل گردید.
لازم به ذکر است بر اساس مطالعات و جستجوهای انجام شده، آغشته سازی هیدروژل بوسیله اندیکاتور مذکور برای اولین بار در دنیا بصورت موفقیت آمیزی در این طرح انجام شده است.
سیلیکاژل (Silica Gel):
تهیه سیلیکاژل برای اولین بار به توماس گراهام در سال 1861 میلادی نسبت داده می شود.
سیلیکاژل یک جسم پر منفذ دانه دانه ای (گرانول) می باشد از واکنش شیمیایی بین سیلیکات سدیم (شیشه مایع) و اسید سولفوریک ساخته می شود . اکسید سیلیسیوم یا سیلیکا با علامت اختصاری sio 2ترکیب شبیه ماسه های دریا دارد و برخلاف اسم آن ژل نیست بلکه جامد است . تفاوت بین سیلیکاژل و ماسه در این است که ماسه یک جسم کریستالی (بلوری) و بدون منفذ است در صورتی که سیلیکاژل یک جسم غیر کریستالی و بی نظم و با منافذ بسیار زیاد می باشد . قطر منافذ موجود 5 الی 3000 آنگستروم می باشد و توانایی جذب مولکول ها تا این ابعاد را خواهد داشت .
رطوبت معمولا یکی از عوامل مزاحم در اکثر صنایع است که می تواند اثرات سوء و مخربی در کلیه مراحل، اعم از نگهداری مواد اولیه و محصول در انبار ها و در زمان حمل ونقل داشته باشد. لذا سیلیکاژل به عنوان یک ماده رطوبت گیر، کاربرد عمده ای در صنایع و به خصوص در صنایع برق، دارویی و بسته بندی پیدا کرده و از کالا در برابر رطوبت و خوردگی حفاظت می کند. این ماده امروزه یکی از عوامل موثر بر ارائه محصول مرغوب در بازار های بین المللی به حساب می آید.
کاربردهای سیلیکاژل
در صنایع عمدتا به عنوان جاذب رطوبت و کاتالیزور کاربرد دارد: نفت، گاز و پتروشیمی، برق و نیرو گاه های تولید برق، نظامی، دارویی، مخابرات، ساختمان و شیشه های دو جداره
انواع سیلیکاژل
سیلیکاژل ها از لحاظ ظاهری به سه دسته تقسیم می شوند:
1- سیلیکاژل گرانولی(پرک)
2- سیلیکاژل کروی
3- پودر هیدراته
سیلیکاژل ساختار مولکولی سیلیکاژل سفید سیلیکاژل آبی
مشخصات شیمی – فیزیکی انواع سیلیکاژل:
1:مشخصات شیمی فیزیکی سیلیکاژل اندیکاتوردار (آبی رنگ(
ردیف
کمیت مورد اندازه گیری
مقدار
1
SiO2
%99
2
کبالت کلراید
%1-5/0
3
جذب رطوبت در رطوبت نسبی %60 و دمای °C25
%2±30
4
دانسیته
3 gr/cm 7/0-6/0
5
سطح ویژه (B.E.T )
gr/2m 800-600
6
اندازه ذرات
mm 6-5/0
7
نوع بسته بندی
بشکه 35 کیلویی انواع قوطی انواع بسته بندی پارچه ای
2:مشخصات شیمی فیزیکی سیلیکاژل بدون اندیکاتور (بی رنگ)
ردیف
کمیت مورد اندازه گیری
مقدار
1
SiO2
%5/99
2
جذب رطوبت در رطوبت نسبی %60 و دمای °C 25
%2±30
3
دانسیته
3gr/cm 7/0-6/0
4
سطح ویژه (B.E.T.)
gr/2m 800-600
5
اندازه ذرات
mm 6-5/0
6
نوع بسته بندی
بشکه 35 کیلویی انواع قوطی انواع بسته بندی پارچه ای
3:مشخصات شیمی فیزیکی سیلیکاژل گرانول
ردیف
کمیت مورد اندازه گیری
مقدار
1
SiO2
تقریباً %98
2
سایر ( Fe, Ca,V, Ba )
%2
3
میزان جذب
20 RH =% 8% وزنی
60 RH =% 4/24 % وزنی
4
دانسیته
8/0
5
دمای بازیابی
180-100
6
سطح ویژه
600-300
7
اندازه ذرات
mm 5 تا 5/0
8
نوع بسته بندی
بشکه انواع قوطی انواع بسته بندی پارچه ای
در صورت داشتن مشخصات فیزیکی و شیمیایی یکسان، نوع شکل هیچگونه تاثیری در عملکرد ندارد فقط میزان افت فشار و مقدار فضای خالی (voide space) در بسترهای سیلیکاژل دارای مقادیر متفاوتی خواهد بود. سیلیکاژل کروی کمترین میزان افت فشار فضای خالی را دارد و اساساً هنگامی که مقادیر این دو پارامتر از لحاظ پایین بودن مقدار آنها مد نظر باشد. استفاده از آنها در برجهای نم زدای پالایشگاههای گاز اجتناب ناپذیر است.
مشخصات فنی سیلیکاژلهای مورد استفاده در صنعت نفت
معمولاً در صنعت نفت از دو نوع سیلیکاژل گرانول و پرک در واحدهای مختلف عملیاتی پالایشگاه های گاز، نفت و صنایع پتروشیمی استفاده می کنند. استفاده از سیلیکاژل پرک معمولاً برای جذب رطوبت در سیستم های پنوماتیک دستگاه های ابزار دقیق و سیلیکاژل کروی به عنوان کاتالیست در تولید منومر ملامین در پتروشیمی ارومیه و در دو نوع H و WS در واحدهای فرآوری و پالایشی گاز جهت نم زدایی به کار می روند. در جدول زیر مشخصات سیلیکاژل درج شده است.
بررسی روش های مختلف تولید سیلیکاژل
عمده ترین روش تولید سیلیکاژل (اعم از حالتهای فیزیکی، پرک، پودر هیدراته و یا کروی)، اضافه کردن اسید به سیلیکات سدیم یا پتاسیم و تشکیل ژل، عمل شستشو و بعد از آن خشک کردن انجام می شود. کلسیناسیون مرحله نهایی تولید خواهد بود.
1-تشریح جامع فرآیند تولید
روشهای متداول تولید سیلیکاژل کروی روش OIL DROP است که شیوه ای برای کروی کردن سیلیکاژل می باشد. در ابتدا اسید سالیسیلیک آزاد می شود اما این اسید آزاد بسرعت شروع به متراکم می شود و با حذف آب برای تشکیل دیمرها، تریمرها و در نهایت اسیدسالیسیلیک پلیمری شرایط آماده می شود.
با رشد پلیمر در ابتدا مجموعه های پلیمری تشکیل می گردد و متعاقباً کره های پلیمر که بقطر چند انگسترم می باشد را حاصل می شود. اندازه این کره های پلیمری معمولاً به ذرات سیلیکای اولیه بستگی دارد. این ذرات اولیه به رشد خود ادامه می دهند تا در یک اندازه خاص بلورهای سیلانول سطحی آنها (بلورهای هیدروکسید متصل به اتمهای سیلیکون سطحی) روی ذرات پلیمر اولیه مجاور با حذف آب متراکم شوند. این تراکم موجب می شود که ذرات اولیه بهم چسبیده و در این مرحله محلول شروع به ژل شدن می کند. در طی این فرآیند ذرات اولیه ژل سیلیکایی که تشکیل میشود در طیفی از قطرهای مختلف ازچند انگستروم تا چندین هزارانگستروم (بسته به شرایط تشکیل) بوجود می آیند.
2- فرایند کلسینه شده سیلیکاژل
بلورهای سیلیکاژل معمولاً در راکتورهای روبسته با سوخت گازی ویا مایع تهیه می شوند سیلیکات از واکنش سدیم اکسید و سیلیسیم اکسید یک اسید و ، در دمای لازم (جهت تامین شدت انحلال معقولانه رطوبت در حمام راکتور) و ویسکوزیته مذاب قابل کنترل بدست می آید. شدت واکنش کوارتز و فضاهای ایجاد شده در سیلیکاژل برای جذب بهتر رطوبت می باشد.
از نتایج حاصله از تجزیه و تحلیل های توموگراویمتریک می توان به سینتیک میان سیلیکات سدیم و اسید پی برد. مواد تولید شده نسبت به رطوبت حساس بوده لذا در طراحی راکتور مراقبتهای لازم را می بایستی پیش بینی کرد.
چنانچه انرژی الکتریکی در دسترس و هزینه تامین آن کم باشد، درآنصورت از راکتور الکتریکی بطور رضایت بخش می توان استفاده کرد. سیلیکات و اسیدهای مورد استفاده در محلول باید از خلوص بالا برخوردار باشد بعنوان نمونه درجه سیلیکات سدیم مورد استفاده نبایستی از 43% پائین تر باشد و مواد زائد مخلوط با آن نباید از حد مجاز بیشتر باشد.هنگامی که بلورها در راکتور تولید می شوند می توان آنرا بشکل ژل کلوخه به انحلال دهنده های دوار هدایت نموده ، یا به شکل ژل کلوخه به انحلال دهنده های فشاری حل کرد.
3-فرایند گلسینه نشده سیلیکاژل
از ترکیب مستقیم و در فشار ودرجه حرارت لازم در اتوکلاو و در راکتور تولید می شود. محلولهای بدست آمده تا نسبت مولاریته 65/2 در اتوکلاوی با دمای 80 درجه سانتیگراد و سپس در راکتور قابل تهیه می باشد. نسبت های بالاتر با استفاده از سیلیکای آمورف (پرک) امکان پذیر است. دراین روش اسید پس از واکنش با سیلیکات سدیم در محلول تزریق می گردد و پس از مراحل شستشو به اتوکلاو منتقل می گردد.
صنعت و سیلیکاژل
1- موارد استفاده سیلیکاژل در صنایع مختلف:
سیلیکاژل بصورت عام دارای مصارف متعددی است که عمده ترین موارد مصرف آنرا می توان در صنایع پتروشیمی، نفت و گاز، مخابرات، داروئی، برق، نظامی، ساختمان سازی و… دید. سیلیکاژل تولیدی برای پتروشیمی ارومیه با جذب سطحی کم ودر اندازه 150-40 میکرون بایستی که کاملاً کلسینه شده باشد. استفاده و تولید می گردد. در این صنعت از این ماده بعنوان کاتالیست برای رطوبت زدایی گازهایی که از داخل راکتور می گذرد استفاده می گردد. روش کار در پتروشیمی ارومیه به این صورت است که در یک راکتور مقدار 50 تن از کاتالیست مورد نظر انباشته می شود و از داخل آن گازهای تولیدی را عبور می دهند که برای این فرایند عمل فلودایزبسیار با اهمیت است. مقدار مصرف کاتالیست در این مجتمع در سال 100 تن می باشد. طبق بررسی انجام شده در سال 1376 پتروشیمی نیاز خود رادر دو نوبت سفارش از کشور چین که خود تامین کننده تکنولوژی تولید کریستال ملامین است تامین می نماید.
از ماده سیلیکاژل در پالایشگاهها و چاه های نفت و گاز بسیار استفاده می کنند. مشخصات مورد نیاز سیلیکاژل دراین صنعت از نوع سیلیکاژل کلسینه نشده می باشد. دراین صنعت از سیلیکاژل بعنوان کاتالیزور و رطوبت گیر استفاده می شود.
صنایع نظامی از دیگر مصرف کنندگان این کالا می باشند و فعالیتهای مشترکی رادر زمینه بدست آوردن تکنولوژی تولید این کالا با جهاد دانشگاهی دانشگاه شریف انجام داده اند. ضرورت وجود رطوبت گیر در کنار انواع تولیداتی که به رطوبت حساس هستند، نیاز به سیلیکاژل رادر این صنعت توجیه می کند.
صنایع دارویی از سیلیکاژل در طیف وسیعی از مواد اولیه تا بسته بندی محصولات خود استفاده می کنند.
صنعت برق و مخابرات نیز برای حفاظت از سیستمهای خود در سراسر ایران از این محصول استفاده می نمایند.
2- چگونگی ذخیره سازی ونگهداری
سیلیکاژل تولیدی معمولاً با توجه به نیاز مصرف کنندگان بسته بندی می گردد. برای فروش بصورت عمده بسته بندی در بشکه های 150 کیلویی فلزی نو صورت می گیرد. برای فروش به بازار بسته بندی 25 کیلویی که در بشکه های مقوایی با بسته بندی نایلون آماده می شود. برای فروش های 5 گرم تا یک کیلوگرم نیز می توان بسته بندی مناسب داشت.
3- بازاریابی
قیمت جهانی سیلیکاژل با توجه به دانه بندی ذرات بین 4-2 دلار آمریکا می باشد. رقم صرفه جویی ارزی که در صورت شروع بکار این طرح با حداکثر ظرفیت نه تنها حدود25% ازنیاز بازار تامین خواهد شد و امکان افزایش تولید با توجه به نیاز داخلی بسیار ضروری بنظر می رسد.
در صورت امکان افزایش تولید یا بودن ضریب نسبی در بازارهای جهانی، عدم وجود تولید کنندگان این محصول در ایران و خاورمیانه چشم انداز مناسبی را برای صادرات این محصول و تامین قسمتی از نیازهای کشورهای همسایه ایجاد نموده است.
4- توجیه اقتصادی تولید سیلیکاژل در داخل کشور
احداث واحدهای تولید سیلیکاژل بدلیل نداشتن هیچگونه وابستگی ارزی در ایجاد و تولید این محصول می تواند از طرحهای سودآور و در بلند مدت ارزآور باشد.
با توجه به نیاز بازارهای داخلی به این محصول و نیز رشد روزافزون این نیاز تولید سیلیکاژل مورد نظر این طرح صرفاً برای بازارهای داخلی برنامه ریزی می گردد. اما صادرات این کالا مزیت های بسیاری را در آینده در برخواهد داشت.
نتیجه گیری:
حذف رطوبت با استفاده از سیلیکاژل در صنایع، به ویژه صنایع نفت و گاز از اهمیت بسزایی برخوردار است.رطوبت معمولا یکی از عوامل مزاحم در اکثر صنایع است که می تواند اثرات سوء و مخربی در کلیه مراحل، اعم از نگهداری مواد اولیه و محصول در انبار ها و در زمان حمل ونقل داشته باشد. لذا سیلیکاژل به عنوان یک ماده رطوبت گیر، کاربرد عمده ای در صنایع و به خصوص در صنایع برق، دارویی و بسته بندی پیدا کرده و از کالا در برابر رطوبت و خوردگی حفاظت می کند. این ماده امروزه یکی از عوامل موثر بر ارائه محصول مرغوب در بازار های بین المللی به حساب می آید.
فصل سوم
زئولیت
چکیده:
زئولیت ها، آلومینوسیلیکاتهای بلورین هستند که ساختارهای ویژه و حفره دار دارند. زئولیت ها ویژگی های خاصی مانند توانایی تبادل یونی، جداسازی مولکولها بر اساس شکل و اندازه، خاصیت کاتالیزوری دارند که باعث شده در صنایع کاربرد زیادی داشته باشند. که این کاربرد ها عبارتند از: تبادلگر یونی، جاذب رطوبت، نرم کننده آب، کراکینگ کاتالیزوری نفت و همچنین نقش کاتالیزوری زئولیت ها در سنتز ترکیبات آلی چشمگیر است که موجب می شود فرآورده هایی با درصد خلوص و گزینش پذیری بالا بدست آید.
مقدمه:
زئولیت ها، آلومینو سیلیکاتهای بلورین با فرمول عمومی [(AlO2)x(SiO2)y]x-.zH2O هستند که M می تواند کاتیون فلزی یا یون H+ باشد. نسبت در زئولیت ها در گستره زیادی تغییر می کند. اسکلت اصلی هر زئولیت از واحدهای چهاروجهی TO4، ساخته شده است که T می تواند اتم سلیسیم یا آلومینیوم باشد.
اولین زئولیت سنتزی به نام آنالیست در سال 1930 سنتز گردید و در سالهای بعد، روش سنتز و خصوصیات زئولیت ها شامل ظرفیت تبادل یونی، پایداری و توانایی جذب برای مطالعه مورد توجه قرار گرفت، خاصیت تبادل یونی ناشی از ساختار ویژه آنها است. تبادل یونی در زئولیت ها به عواملی چون ماهیت زئولیت، اندازه بار، میزان هیدراتاسیون تغییر داد. همچنین زئولیت ها یک ساختمان حفره دار دارند که فقط مولکولهایی می توانند از منافذ عبور کنند که قطر آنها کوچکتر از قطر موثر مدخلها است و به این ترتیب مولکولهایی با اندازه متفاوت را می توان از هم جدا کرد که به همین دلیل به زئولیت ها اصطلاحاً الک های مولکولی نیز می گویند. لازم به ذکر است حدود کاربرد زئولیت ها در صنعت بعنوان کاتالیزگر بکار می رود که نقش مهمی را در صنعت بعهده دارد.
زئولیت ها مواد جاذب با ساختار شبکه ای جهت تشکیل تخلخل ها هستند . آنها می توانند از منابع طبیعی به دست آمده و یا سنتز شوند زئولیت ها را می توان به طور ارزان تولید کرد زیرا منبع آنها به طور طبیعی و فراوان در دسترس است. این مواد به دلیل ساختار شیمیایی خاص (بلورهای متخلخل ) از سه ویژگی تبادل یون، جذب و خاصیت کاتالیستی برخوردارند که تقریباً تمام فرایند های شیمیایی و حیاتی از یکی از این سه کانال صورت می گیرد ، از این رو ، زئولیت ها در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارند . این ماده سحر آمیز به عنوان غربال مولکولی و جاذب می تواند انواع مولکولهای گازی و مایع را در فرایند های مختلف صنعتی و زیست محیطی جداسازی کند. به عنوان مثال برای جدا کردن آمونیاک از خروجی گازی سیتم های صنعتی و یا جداسازی اکسیژن و نیتروژن از هوا مورد استفاده قرار می گیرد . بخش عمده دستگاههای مولد اکسیژن ، نیتروژن و آرگون از هوا با استفاده از این غربال مولکولی معدنی زئولیت کار می کنند. علاوه بر این در کلیه مراحل جدا سازی صنعت نفت ، گاز و پتروشیمی و جداسازی آزمایشگاهی (پیش تغلیظ و …) از زئولیت استفاده می شود که تحت عنوان مولکولارسیو (غربال مولکولی) شناخته می شود .
طبقه بندی زئولیت:
زئولیت ها معمولاً به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. موارد استفاده زئولیت های مصنوعی و طبیعی از خواص فیزیکی و شیمیایی آن ها منشا می گیرد که خود آن هم به نوبه خود تابعی از ساختمان بلوری و ترکیب شیمیایی زئولیت ها است. کاربرد زئولیت های مصنوعی در صنعت بیشتر است. با توجه به درخواست های فزاینده تجاری برای مصرف این نوع زئولیت ها مطالعات بیشماری بر روی آنها در حال انجام است. امـروزه بالغ بر 50 نوع زئولیت طبیعی کشف و 150 نوع زئولیت مصنوعی تولید شده است. با وجود کشف ذخایر عظیمی از انواع کانی های زئولیت طبیعی در جهان هنوز این ماده معدنی ارزشمند نتوانسته است جایگزین زئولیت های مصنوعی شود.
زئولیت های طبیعی
این مواد در ابتدا به صورت یک جزء فرعی اما به صورت گسترده در حفره های بازالتی شناسایی شدند و استفاده از آنها به این صورت ، در مقیاس های صنعتی عملی سخت و طاقت فرسا بوده است. تشکیل زئولیت ها تنها به ماتریس بازالتی محدود نشده است .بلکه رسوبات متنوعی در چند دهه گذشته شناسایی شده اند ، زئولیت های طبیعی فراوان بوده و بعضی از رسوبات حاوی زئولیت دارای یک فاز زئولیتی خاص با خلوص 90% می باشد . از بین زئولیت های طبیعی فقط 9 نوع به مقدار زیاد در طبیعت یافت می شوند.خواص فیزیکی و شیمیایی زئولیت های طبیعی متفاوت بوده و در بین نمونه های مختلف یک نوع خاص از زئولیت نیز تفاوت هایی در خواص فیزیکی (اندازه منفذ، اندازه بلور، ظرفیت تبادل یونی و ظرفیت جذبی) و ترکیب شیمیایی وجود دارد. تعدادی از زئولیت های طبیعی عبارتند از: AnalcimeChabazite-Clinoptilolite-Erionite-Faujasite-Ferrierite Laumontite-Mordenite-Pillipsite-Heulandit
به طورکلی عواملی نظیرساختمان، بافت، ترکیب شیمیایی و نیز ارزش اقتصادی زئولیت های طبیعی و فرمهای اصلاح شده، آنها را منابع بالقوهای در زمینه های گوناگون ساخته است که از جمله آنها می توان به این موارد اشاره کر د: استفاده به عنوان کاتالیست در صنایع نفت و پتروشیمی، صنایع آتش نشانی، صنایع کشاورزی به عنوان حاصل خیز کننده و افزاینده رطوبت خاک، پاکسازی فاضلابهای شهری، صنعتی و هسته ای از آلاینده های مضری نظیرفلزات سنگین و سمی، جذب گازها و نظایر آن.
در مورد شرایط و علل تشکیل زئولیت ها در طبیعت ، نظریه های گوناگونی ارائه شده است که یک نمونه از آنها به شرح زیر است :
الف : زئولیت ها اغلب در لایه های رسوبی ، بعد از تشکیل و دفن رسوبات در اثر واکنش آلومینیم سیلیکات با آب حفره ها ، در درزها و شکستگی ها تشکیل شده اند .
ب: شیشه های آتشفشانی سیلیسی را می توان مواد اولیه ( آلومینیم سیلیکات ) مورد نیاز برای تشکیل زئولیت ها در طبیعت دانست.
ج: تمام کانی های گروه زئولیت که تا به حال در حدود 60 نوع آن شناسایی شده اند ، کانی های ثانوی بوده و از تخریب یا دگرسانی کانی های اولیه ای نظیر فلدسپات و فلدسپاتوئید ها ،رس ها و در نهایت از ژلهای سیلیکاته ی طبیعی به وجود می آیند.
کلمه زئولیت(zeolite) مشتق از دو کلمه یونانی است که با هم به معنای سنگ جوشان می باشد (ریشه یونایی "زین " به معنای جوشیدن و "لیتوس" به معنای سنگ است )و این نام مبتنی بر این واقعیت است که در هنگام حرارت دادن زئولیت ، مقدار زیادی آب، به صورت بخار خارج می شود.
ایران پتاسیل بسیار بالایی در این زمینه دارا می باشد . کانسارهای زئولیت ایران در نواحی دماوند ، سمنان ، کرمان ، گردنه نعل شکن ( جاده ی قم – تهران ) کوه های جنوبی تهران ( کوه مره ) و اطراف حوض سلطان شناسایی شده اند . مساعد ترین نواحی ، جنوب دماوند ، اطراف ورامین ، سمنان در جنوب کوه های طلحه و همچین سر کویر رشم سمنان می باشد.
از نظر صنعتی زئولیت های طبیعی دارای کاربردهای کمی می باشند که دلیل اصلی آن یکنواخت نبودن خواص آنها است .همچنین ساختمان بلورین این زئولیت ها از نظر اندازه ی حفره ها برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب نمی باشند.
زئولیت های طبیعی به طرق مختلف تقسیم شده اند از آن جمله:
الف: تقسیم بندی بر اساس محیط پیدایش ( هیدروترمال، رسوبی، هوازدگی)
ب: تقسیم بندی بر اساس کانی شناسی ( بر مبنای دانسیته شبکه ساختمانی، نوع فضاهای خالی و کانال ها
ج: تقسیم بندی بر اساس خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ( مانند جذب و دفع مایعات و گازها، توانایی تبادل یونی و ….. )
در بین زئولیت های طبیعی تنها 8 نوع به وفور در رسوبات و به میزان اقتصادی یافت می شود که این 8 نوع عبارتند از آنالیسم، شابازیت، کلینوپتیلولایت، اریونیت، هولاندیت، لامونیت، موردنیت و فیلیپیست در این میان کلینوپتیلولایت فراوانترین زئولیت طبیعی است.
زئولیت های مصنوعی:
زئولیت های مصنوعی مواد شیمیایی ویژه ای با خلوص بالا هستند که دامنه ی کاربرد وسیعی دارند. محققین پیش از سال 1950 جهت تولید زئولیت ها در صدد تشکیل طبیعی و ژئوشیمیایی کانی های شناخته شده بودند و تصور می کردند که تشکیل زئولیت ها مستلزم ایجاد درجه حرارتی در حدود 200 تا 400 درجه سانتی گراد و دهها اتمسفر فشار می باشد .اما در سال 1957 شیمیدان ها موفق شدند زئولیت هایی در دمای پایین(100درجه سانتی گراد) و در مقیاس صنعتی تهیه نمایند.
خصوصیات زئولیت:
خصوصیات اصلی فیزیکی و شیمیایی زئولیت ها مربوط به ترکیب شیمیایی و ساختمان
بلورین آنهاست به عبارت دیگر خواص آنها به طبیعت شیمی و فیزیکی آب موجود در ساختمان زئولیت ها و همچنین به نحوه قرار گرفتن آب درون شبکه های مولکولی بستگی دارد.وجود فلزات قلیایی و قلیایی خاکی و وجود فضاهای خالی و مواد معدنی متعدد به هم مرتبط در آنها از دیگر دلایل تنوع خواص زئولیت هاست.همان طور که گفتیم کاربرد زئولیت ها در صنایع مختلف بستگی به خواص فیزیکی و شیمیایی دارد. برخی از این خصوصیات عبارتند از: چگالی، اندازه، شکل، تخلخل و سختی، جذب سطحی و تبادل کاتیونی.
به طور کلی زئولیت ها دارای خصوصیات زیر می باشند:
*میزان آبگیری زیاد
* چگالی کم و حجم خالی زیاد هنگامی که آبگیری می شوند .
* ثبات ساختمان بلوری در هنگام آبگیری
*توانایی تبادل یونی
*وجود کانالهای مولکولی یکنواخت در بلورهای آبگیری شده
* توانایی جذب گازها و بخارها
* خواص کاتالیزوری
*هدایت الکتریکی
وزن مخصوص زئولیت ها کم و حداکثر تا 2/5 و سختی آنها بین 3 تا 5/5 است.
زئولیت ها در حالت خالص، بی رنگ و یا مات و خاکستری و در صورت داشتن هیدروکسیدهای آهن به رنگ زرد، قهوه ای تا قرمز هستند.زئولیت ها در اثر حرارت کف می کنند و نسبتاً آسان ذوب می شوند. به وسیله اسیدها به ویژه اسید کلریدریک با جداشدن سیلیس، ژله مانند و تجزیه می شوند. مقاومت آنها در مقابل حرارت متغیر می باشد.
خواص زئولیــت ها
به طور کلی تراکم زئولیت های طبیعی در دامنه 9/1 تا 2/2 میلی گرم در متر مکعب است. با وجود این تراکم زئولیت هایی که مقادیر زیادی باریم و استرانسیم دارند، ممکن است در حدود 5/2 تا 8/2 میلی گرم در متر مکعب باشند. اکثر مواد زئولیتی بی رنگ یا سفید هستند. با این حال بعضی از آن ها که حاوی مقادیر جزئی یا کم آهن هستند، به رنگ زرد کم رنگ یا قهوه ای مایل به قرمز دیده می شوند. زئولیت ها در حالت تعلیق باعث به وجود آوردن pHهای 5/9 تا 5/10 شده و در نتیجه تجزیه کامل یا نسبی موجب ایجاد pHهای بالاتری نیز می گردند. اگر چه اغلب زئولیت های حاوی Si کم یا متوسط (نسبت Si به Al به ترتیب برابر 5/1 به 1 و 2 به 5/1) در محلول های اسیدی با pH پایین تر از 3 متلاشی می شوند، بعضی گونه های حاوی Si زیاد مثل کلینوپتیلولیت و موردنیت در pH حدود 2 نیز پایدار هستند و برای دوره های کوتاه تر حتی در pH پایین تر از 2 نیز پایدار می باشند. به طور کلی نوع رسوبی یک گونه زئولیت خاص، در مقابل اسید پایدارتر از نوع آتشفشانی آن است. زیرا معمولا حاوی Si بیش تری می باشند.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی زئولیت ها
زئولیت ها معمولا دارای چگالی بین 2 تا 3/2 گرم بر سانتی متر مکعب هستند. اما زئولیت های غنی از باریم، استثناء بوده و چگالی آن ها ممکن است بین 5/2 تا 8/2 گرم بر سانتی متر مکعب باشد. عموما ساختمان زئولیت ها باز است و در نتیجه سطح ویژه ای شبیه به کانی های سیلیکاتی 1:2 قابل انبساط از خود نشان می دهند. جذب آب در هر واحد سلولی زئولیت نسبتا زیاد است. البته میزان جذب آب بستگی به نوع زئولیت و هم چنین نوع کاتیون های موجود در کانال های آن دارد. به طور کلی عرض کانال ها، اندازه کاتیون ها و انرژی هیدراتاسیون، تعیین کننده میزان آب جذب شده به وسیله این کانی ها هستند. ظرفیت تبادل کاتیونی زئولیت ها از 100 تا 300 میلی اکی والان در 100 گرم آن گزارش شده است. به طور کلی عرض کانال ها، انتشار یونی یا مولکولی، مقدار آب و هیدراته شدن، از عوامل مهم و تعیین کننده میزان ظرفیت تبادل کاتیونی آن ها است. زئولیت ها می توانند مانند غربال عمل کنند. به عنوان مثال آنالیست می تواند سدیم را آزادانه با Ti، Ag، NH4، K و Rb مبادله کند، ولی میزان تبادل Rb با Cs در آن بسیار ناچیز و قابل چشم پوشی است. جذب انتخابی یون های فلزات سنگینAg و Ti در همه زئولیت ها بسیار متداول کلینوپتیلولایت برای جدا کردن و غیر متحرک کردن یون های رادیواکتیو از فاضلاب ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.
چند نمونه از کاربرد زئولیت ها:
1- زئولیت ها بعنوان جاذب رطوبت
الف- شیشه های چند جداره:
بین دو جدار شیشه هوا یا یک گاز وجود دارد. برای اینکه سطح داخلی شیشه ها عرق نکند گاز مربوطه بوسیله دانه های زئولیت خشک نگه داشته می شود. خواص جذب دانه های زئولیت آنقدر خوب است که سطح داخلی شیشه ها حتی در دماهای خیلی پائین( تا 70- درجه سانتی گراد) عرق نمی کند. علاوه بر آن در اثر تابش شدید خورشید هم وا جذب مشاهده نمی شود. که اگر این چنین نبود در اثر حرارت، بخار آب منبسط شده و ایجاد فشار می نمود که موجب خطر می شود.
ب- خنک کننده ها( یخچالها):
در سیکل خنک کننده یخچالها، فریزرها و غیره، غالباً هیدورکربن های فلوئوره شده مصرف می شود( بعنوان خنک کننده). برای جلوگیری از زنگ زندگی و همچنین خشک نمودن مواد خنک کننده در مسیر عبور گازهای خنک کننده، دانه های زئولیتی قرار می دهند که مواد خنک کننده از دانه های زئولیتی عبور کرده و بدین ترتیب خشک باقی می ماند.
2- زئولیت ها بعنوان نرم کننده آب سخت
شوینده های سنتزی:
شوینده ها در مصارف خانگی موجب افزایش po43- در فاضلاب ها و نهایتاً در پسابها می شوند که این مسئله بویژه در پسابهای راکد، موجب متعفن شدن می شود و همچنین موجب رشد سریع جلبک ها شده و جلبک ها اکسیژن آب را مصرف می کنند که باعث از بین رفتن آبزیان می شود. بنابر این در صنعت همیشه سعی می کردنند که موادی جایگزین برای فسفاتهای مورد استفاده در شوینده ها پیدا کنند.
در حال حاضر مهمترین ماده مورد استفاده در شوینده ها، زئولیت A است این زئولیت بعلت گزینش پذیری بالایی که نسبت به مبادله یون Ca2+ دارد، یون Ca2+ و مقدار جزئی هم یون Mg2+ را از آب و چرک خارج می سازد و موجب افزایش پاک کنندگی می شود. چون زئولیت A قابلیت حل کردن چرک را ندارد. به همین دلیل استفاده کم از فسفات ها در شوینده ها هم ضروری است که چرک را از لباس جدا کند و موجب پاک شدن لباس شود.
3- زئولیت ها بعنوان کاتالیزورهای شکل گزین
چون زئولیت ها ساختار حفره ای دارند، تنها مولکولهایی که کوچک تر از اندازه حفره باشند می توانند از منافذ زئولیت ها عبور کننده و آنهایی که بزرگتر باشند عبور نکرده و باقی می مانند به همین دلیل به زئولیت ها الک های مولکولی یا غربالهای مولکولی می گویند. همین امر موجب شده که زئولیت ها در واکنش های شیمیایی بعنوان کاتالیزگر ها ی شکل گزین عمل کنند. کاتالیزرهای شکل گزین به سه دسته تقسیم شده اند:
الف. شکل گزینی بر اساس شکل واکنشگر
شکل 2 آ رقابت میان n- اکتان و 2و 2و 4 تری میتیل پنتان را برای کراکینگ نشان می دهد. مولکولهای 2و2و4- تری متیل پنتان در موقع وارد شدن واکنشگر ها به حفره های زئولیتی بعلت حجیم بودن از مخلوط واکنشگر خارج می شود. بنابراین از رسیدن به مقرهای کاتالیزوری داخل حفره ها باز می ماند و آنها فقط در مقرهای کاتالیزری که در سطح خارجی کریستالهای زئولیت قرار دارد می توانند تبدیل شوند که بعلت کم بودن تعداد مقرهای فعال خارجی، مقدار خیل کمی از آن تبدیل شده و بقیه بدون تبدیل رآکتور را ترک می کنند. ولی مولکولهای n- اکتان بعلت اینکه براحتی وارد حفره های داخلی می شوند در نتیجه اکثراً به محصول تبدیل می شوند.
ب- شکل گزینی بر اساس شکل محصول
شکل2 آ مثالی از کاتالیزورهای اسیدی برای اتیل اسیون تولوئن را نشان می دهد.
واکنشگرها به اندازه کافی کوچک هستند و به راحتی وارد حفره های زئولیت می شوند. اما محصولاتی می توانند حفره ها را ترک کنند که به اندازه کافی کوچک باشند( یعنی از ایزومرهای ارتو، متا و پارا، فقط پارا به راحتی از حفره ها خارج می شود.) محصول با مولکولهای حجیم تر(m,o) فقط ممکن است در حفره های نسبتا بزرگ (محل تقاطع کانالها) تشکیل شوند ولی نمی توانند از حفره ها خارج شوند. سرانجام این مولکولها تغییر شکل می دهندو به ایزومر پارا تبدیل می شوند تا کوچکتر شده وبتوانند از حفره ها خارج شوند.
پ-. شکل گزینی بر اساس شکل حلت گذار
شکل2 آ- رقابت میان ایزومریزاسیون و الکالیزاسیون متاگزیلن را نشان می دهد.
تحت تاثیر یک مقر اسیدی متاگزیلن می تواند متحمل ایزومریزاسیون شده و به پاراگزیلن تبدیل شود. در شرایطی که
آ ب
شکل2- مثالی از سه نوع شکل گزینی
اگر از زئولیت استفاده نشود، همراه واکنش ایزومریزاسیون، واکنش الکالیزاسیون هم صورت می گیرد که منجر به تولید تولوئن و تری متیل بنزن می شود.واکنش ایزومریزاسیون از حالت گذاری که حدواسط یک مولکولی دارد می گذرد ولی آلکالیزاسیون از حالت گذاری که حدواسط دو مولکولی دارد می گذرد. اما در یک زئولیت با عرض حفره های مناسب، اتافک هایی به اندازه کافی مناسب و راحت برای حالت گذار با حدواسط یک مولکولی وجود دارد ولی اتافک های مناسب برای تشکیل حدواسط های حجیم دو مولکولی را ندارد. در نتیجه زئولیت مانع از واکنش الکالیزاسیون می شود و واکنش فقط از طریق ایزومریزاسیون پیش می رود.
4- زئولیت ها کاتالیزورهای ناهمگن با خصوصیات ویژه
در دنیای صنعتی امروزه کاتالیزورها نقش مهمی را در فرآیندهای صنعتی ایفاء می کنند، برای شیمیدانان امروزی کاتالیزور اکسیری است که توسط آن مواد اولیه و ارزان قیمت به فرآورده های با ارزشی چون سوخت، پلاستیک، دارو، … تبدیل می شود.
در این میان زئولیت ها با توجه به خواص ارزنده خود به عنوان کاتالیزورهای ناهمگن نقش برجسته ای دارند ویژگی های خاص زئولیت ها نظیر بر جذب و خواص تعویض یونی از مدتها پیش شناخته شده اند ولی آنچه امروزه استفاده از زئولیت ها را در صنایع رونق بخشیده است، خواص کاتالیزوری آنها است، استفاده از کاتالیزور زئولیتی موجب تحول عظیمی در کراکینگ کاتالیزوری شده. بر اساس گزارش سال 1992 مجمع تحقیقات ملی در ایالات متحده استفاده از زئولیت ها که از سال 1962 آغاز گردیده موجب افزایش فوق العاده ای در میزان تبدیل نفت خام به بنزین شده است. این مسئله موجب کاهش مصرف چهارصد میلیون بشکه نفت در سال گردیده که معادل هشت میلیارد دلار صرفه جوئی در سال شد.
5- کاربرد زئولیت ها برای سنتز ترکیبات آلی
الف- سنتز پیرولیدین از THF
Conv% Sel% زئولیت
53 91 HL
61 82 HY
ب- سنتز پیرول و تیوفن از فوران
Sel: 100%
Conv: 14%
پ- سنتز گاما- بوتیرولاکتون از 1و4- بوتان دی ال
Sel:91.5%
Conv:99.4%
ت- اکسیداسیون شیمیایی با استفاده از زئولیت TS-1
6- کاربردهای دیگر از زئولیت ها
1- حذف مواد آلوده کننده ای نظیر NO2 , NO, SO2 , CO از گازهای خروجی اگزوز اتومبیل ها .
2- فرایند جداسازی از قبیل جداسازی هیدورکربن های مختلف – جداسازی مخلوط گلوکز و فروکتوز- جداسازی آنتی بیوتیک ها.
3- در ساختن بعضی از معرف های ضدباکتری و میکروب، که به این منظور از فرم تعویض شده یون نقره بجای یون سدیم زئولیت های Xو Y استفاده می شود.
4- بعنوان اطفاء حریق که این کار از طریق آزادسازی گازهای برجذب شده ای مثل بخارآب و دی اکسید کربن، آزاد کردن بازدارنده های شعله مثل هالیدهای آلی.
5- حذف کاتیونهای فلزهای سنگین سرب، روی، کلسیم، کادمیم و نیکل از پساب های صنعتی.
6- با توجه به اینکه تاکنون امکان ساخت منبع ذخیره هیدروژن به شکل ایمن و کارا وجود نداشته که بتوان از آن بعنوان سوخت در خودرو استفاده کرد ولی می توان گاز هیدروژن را در حفره زئولیت ها ذخیره کرده و در مواقع لازم آنرا آزاد کرده و استفاده نمود.
کاربرد زئولیتها درکشاورزی
خصوصیات فیزیکی و شیمیای منحصر به فرد زئولیت های طبیعی آن ها را در بسیاری از کاربرد های کشاورزی و باغبانی سودمند نموده است. تکنولوژی های وابسته به زئولیت در کشاورزی و باغبانی شامل آزاد سازی تدریجی کودها، زئوپونیک و اصلاح و بهبود خاک است. این کاربرد ها میزان تقاضای زئولیت را در طیف تکنولوژیکی (از کاربرد آن ها در کشورهای در حال توسعه گرفته تا کاربرد آن ها در سیارات دیگر) افزایش می دهد.
بطور کلی سه عامل ساختمان شیمیایی، فراوانی و قابلیت دسترسی و نیز ارزش اقتصادی، زمینه های کاربردی فراوانی را برای زئولیتها فراهم آورده است. با وجود فراوانی و وفور زئولیت طبیعی، در بسیاری از موارد نمی توان با زئولیتهای مصنوعی رقابت نماید و هنور بازار عمده مصرف در انحصار زئولیتهای مصنوعی است.
کاربردهای زئولیت ها در کشاورزی رامی توان به طور کلی به این صورت بیان کرد:
**به عنوان ماده جاذب رطوبت در زراعت
**افزایش دهنده تبادلات کاتیونی و حاصلخیزی
**کنترل بو
**مواد افزودنی خوراک دام
**گلخانه
** پرورش گل
** سبزیجات
**درخت و درختچه Transplanting
**اصلاح خاک چمن
** محوطه سازی
**احداث جنگل (سازمان جنگلها، مزارع درخت)
**کاربرد در سیستم های آبکشت
**تصفیه آمونیاک استخر ماهی و آبزیان
برخی از زئولیتها پس از انجام تبادل یونی با کاتیونهای مغذی و اساسی مورد نیاز گیاهان مانند پتاسیم و آمونیم میتوانند به عنوان حاصلخیز کننده های یونی به خاک افزوده شوند. یونهای مغذی موجود به تدریج از درون فاز زئولیت رها می شوند و در دسترس گیاهان قرار میگیرند. افزون بر یونهای مغذی اصلی از این راه میتوان یونهای مورد نیاز گیاهان نظیر آهن، مس، منگنز و روی را نیز در دسترس گیاهان گذاشت.
بکارگیری زئولیتهای ناخالص به جهت کاهش هزینه و قیمت امکان پذیر است. زئولیتها همچنین می توانند به عنوان رقیق کننده به کودهااضافه شده و در بهبود شرایط فیزیکی و نگهداری رطوبت خاک موثر واقع شوند.
زئولیتها از راه واکنشهای تبادل یونی ویا از شیوه های ترکیبی واکنشهای تبادل یونی و واکنشهای انحلال کانیها، مواد حاصلخیز کننده را به کندی و به تدریج دردسترس گیاهان می گذارند. زئولیتی مانند کلینوپتیلولیت می تواند به عنوان ماده ای برای رها سازی آهسته مواد عمل کند تا میزان عرضه در کودهای پرفشار آمونیاکی را کاهش دهد، چرا که عرضه زیاد این کودها می تواند برای محصولات کشاورزی سمی بوده و ریشه آنها را بسوزاند. از طرف دیگر هدر رفتن آن را در اثر زهکشی آب باران کم می کند از راه تبادل کلینوپتیلولیت اشباع ازپتاسیم، می توان پتاسیم و به کمک کلینوپتیلولیت اشباع ازNH4 ،نیتروژن را در دسترس گیاهان گذاشت.
خصوصیات فیزیکی و شیمیای منحصر به فرد زئولیت های طبیعی آن ها را در بسیاری از کاربرد های کشاورزی و باغبانی سودمند نموده است. تکنولوژی های وابسته به زئولیت در کشاورزی و باغبانی شامل آزاد سازی تدریجی کودها، زئوپونیک و اصلاح و بهبود خاک است.
به تازگی، مشخص شده است که مخلوط کلینوپتیلولیت اشباع ازNH4، با سنگ فسفاته( آپاتیت) به طور همزمان و به صورت تدریجی Nو Pراآزاد می سازد و به خاک اضافه می کند. توانایی جذب آب توسط زئولیت جالب و مهیج است.زئولیتها تا 70 درصد وزنی خودشان آب جذب می کنند و بدون اینکه وضعیت خاک بهم بخورد یا غرقات شود، رطوبت خاک را حفظ می کنند.
برای کشت و پرورش گیاهان 25% زئولیت به خاک کشاورزی اضافه می شود. بدین منظورتقریباً 5/1سانتیمتر زئولیت بر روی خاک پاشیده میشود و با شنکش یا کج بیل و یا هر وسیله دیگری آن را با خاک مخلوط می کنند.
در تجاربی دیگر مشخص شده است که افزودن 10درصد زئولیت به خاک کشاورزی، به حاصلخیزی خاک، تهویه و جذب آب در خاک منجر می شود. این امر سبزی پایدار، سلامتی و استحکام گیاهان را به دنبال خواهد داشت. هزینهای که برای اضافه کردن زئولیت به خاک صرف می شود با افزایش محصول گیاهان جبران خواهد شد.
چنانچه کودهای شیمیایی یا مواد حاصلخیز کننده به نسبت 50 با زئولیت مخلوط شده و به وسیله کودپاش در زمینهای کشاورزی پراکنده شوند، به بهبود تهویه هوای خاک و حاصلخیزی خاک کمکی شایان توجه می شود زیرا زئولیتها مواد حاصلخیزکننده حل شده در آب را در ساختار غربالی خود جای می دهند و از بیرون رفتن آن از خاک جلوگیری میکنند ومجدداً به تدریج در دسترس خاک می گذارند.
زئوپونیک به تازگی به عنوان فرآیندی مهم در علم تولید غلات، مدیریت خاک و پرورش گلها مورد توجه قرار گرفته است. این اصطلاح برای توصیف کشت گیاهان در خاک مصنوعی دربردارنده زئولیت، ورمیکولیت و تورب( زغال سنگ نارس) استفاده می شود.
مطلوب ترین سیستم های زئوپونیک، آن هایی هستند که خصوصیات جالب توجه زئولیتی (شامل ساختمان سخت و متخلخل، چگالی حجم متوسط، زهکشی خوب، قابلیت تبادل کاتیونی بالا و ثبات شیمیایی در برابر تغییرات pH) را دارا باشند و تغذیه متعادل گیاه را برای چرخه های تولید بدون اضافه نمودن کود ها تامین نمایند. سیستم های زئوپونیکی با دارا بودن این خصوصیات می توانند در بخش های عظیم تجاری و فروشگاه های مصرف کننده، به عنوان واسطه های رشد گیاه مورد توجه قرار بگیرند. زئولیت ها می توانند ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) خاک و رطوبت را افزایش دهند و هدایت آب را توسعه بخشند. همچنین میزان محصولات را در زمین های اسیدی افزایش داده و میزان جذب عناصر سنگین و مضر مانند مس، کادمیوم، سرب و روی توسط گیاه، در خاک های آلوده را کاهش دهند. وسعت تاثیر این خصوصیات بستگی به مقدار زئولیت اضافه شده دارد. اگر قرار باشد زئولیت های تجاری برای مصارف کشاورزی و باغبانی توسعه یابند، بهتر است در تکنولوژی استفاده از آن ها در رابطه با هر محصول گیاهی به خصوص تجدید نظر به عمل آید تا بتوانند نیاز های ویژه محصولات را تامین نمایند.
کاربرد زئولیتها در تصفیه آب
یکی دیگر از مصارف زئولیتها، کاهش سختی آبهای آشامیدنی و صنعتی است. مقدار آبی که زئولیت ها می توانند تصفیه کنند، وابسته به منبع زئولیت و ابزاری است که آنها استفاده می کنند. در مورد زئولیت های زغال سنگ، محتوای کربن این ماده به طور قابل توجهی سطح مخصوص و در نتیجه ظرفیت جذب زئولیت را تحت تاثیر قرار می دهند.یکی از روشهای کاستن درجه سختی آب،عوض کردن یونها و متداولترین آن روش پرموتیت است که در آن آب سخت را از صافیهای سربسته تحت فشار می گذرانند. در این صافیها، ذرات رزین از سیلیکات آلومینیم آبدار یعنی زئولیت بصورت طبیعی خود و یا به صورت مصنوعی(پرموتیت) تشکیل می شوند.
بسته به درجه سختی آبی که تصفیه می شود، زئولیتها پس از مدتی خاصیت خود را از دست می دهند. در این صورت بایستی برای ادامه کار مطابق روابط زیر:
Na2(Zeolite) + CaCl2 = Ca(Zeolite) + 2Nacl
Mg (Zeolite) + 2NaCl = Na2 (Zeolite) + MgCl2
با جریان آب نمک غلیظ سیلیکات کلسیم و منیزیم بدست آمده در صافی را دوباره به زئولیت کارآمد و احیاء شده تبدیل کرد. از این گونه صافیها اکنون در تصفیه خانه آب آشامیدنی شهر کرمان استفاده می شود. به جای پرموتیت می توان از ترکیبات دیگر نظیر وفاتیت (Wofatite) و لواتیت (Lewatite) ا ستفاده کرد.زئولیت های طبیعی در مکزیک و مجارستان، آرسنیک را از منابع آب آشامیدنی تا حد مورد پذیرش سازمان بهداشت جهانی کاهش می دهند. زئولیت های ساخته شده از زغال سنگ می توانند گستره ای از فلزات سنگین شامل سرب، مس، روی، کادمیم، نیکل و نقره را از آب آلوده جذب کنند. همچنین می توانند تحت شرایط خاصی کروم، آرسنیک و جیوه را جذب کنند. ظرفیت جذب زئولیت ها متاثیر از چند عامل؛ ترکیبشان، PH آب و غلظت انواع آلودگی هاست. به عنوان مثال تاثیرات PH آب بر روی سطح باردار شده منفی و یا مثبت زئولیت قابل ذکر است. همچنین با توجه جذب آسان سرب و مس در زغال سنگ، غلظت بالای این مواد، مقدار کادمیم و نیکل حذف شده را کاهش می دهد. ترکیبات زئولیت- نقره AgIoN، بازدهی را در مقابل میکروارگانیسم ها که شامل باکتری ها و کپک هاست، ارتقا می دهند.
محصولات خانگی
بوگیردر منازل
کنترل بو و رطوبت حیوانات خانگی ( بستر حیواناتی مثل سگ وگربه)
محصولات صنعتی
جاذب نفت ومشتقات آن
جداسازی گاز
کاربرد در راکتور و رادیواکتیو
سایت بازسازی
رآکتورها
کاربرد در مدیریت زباله های اتمی
کاربرد در محیط زیست
جذب فلزات سنگین
به عنوان جذب کننده آلودگی های نفتی
نتیجه گیری:
با توجه به اینکه زئولیت ها ساختار حفره دار دارند و همچنین می توانند یونهایی را مبادله کنند و به علت اینکه می توانیم انواع فلزها را در چارچوب آنها قرار دهید. به همین دلیل کاربرد کاتالیزوری زیادی در صنایع پیدا کرده و لذا با توجه به اینکه در واکنش های آلی می تواند با استفاده از زئولیت ها محصولی با درصد تبدیل وگزینش پذیری بالا بدست آورد. پس لازم است که در کشور ما تحقیقات زیادی روی زئولیت ها انجام شود.
فصل چهارم
الومینا -الومینای فعال
چکیده:
آلومینای اکتیو به موادی گفته می شود که دارای ظرفیت جذب بسیار بالا می باشد این محصول بطور وسیعی در ساخت مواد جاذب ودر کاتالیست هایی که سطح ویژه بالا, ساختمان متخلخل و فعالیت شیمیایی سطوح آنها نقش اساسی را ایفا می کنند , به کار می روند که تمامی این خواص ناشی از سطح ویژه بسیار بالای آن می باشد. به عبارتی آلومینای فعال به ماده ای بسیار متخلخل که می تواند انواع مایعات، گازها را بدون تغییر در حالت ساختاری خود جذب نماید اطلاق می شود.
کاربرد
1.به عنوان مواد جاذب : خشک کردن گازها و مایعات
گازها مثل: هوا, آرگون, هلیم, متان، اتان, پروپان, استیلن, آمونیاک و …
مایعات مثل: نفت سفید, هیدروکربنهای آروماتیک و …
2.به عنوان کاتالیزور
کاتالیزورهای واحد Claus
دهیدراسیون الکلها
ایزومریزاسیون الفینها
الومینا چیست؟
اکسید آلومینیم یا آلومینا پودری سفید است که رطوبت هوا را جذب می کند و در آب و اسیدها نا محلول می باشد. در طبیعت به وفور و اغلب به صورت هیدروکسیدهای ناخالص یافت می شود . بیشتر فرمهای تجارتی آن خلوص بالای 99% دارند. متداولترین ناخالصیهای اکسید آلومینیم ،سیلیس ( 1/0 % )، تیتانیم اکسید ( 01/0 % ) و اکسید آهن III ( ناچیز ) می باشند.
شاید بهتر باشد آلومینا را بر حسب کاربرد نهایی آن یا روش تولید آن دسته بندی کنیم. این نوع دسته بندی، بهتر از رده بندی بر حسب ساختار کریستالی است. انواع آلومینا شامل: آلومینای جاذب ، آلومینا برای کاتالیستها، آلومینای کلسینه شده ، آلومینای سینتر شده و آلومینای ذوب شده می باشند.
آلومینای فعال شده به عنوان جاذب برای خشک کردن گازهایی مانند هوا، آرگون، هلیوم، هیدروژن، متان، اتان، پروپان، اتیلن، کلر و ترکیبات گوگرد و فلوئورو کلرو آلکانها به کار می رود. مایعاتی را که با آلومینا می توان خشک کرد شامل: گازوئیل، کروزن ، هیدروکربنهای آروماتیک، سیکلوهگزان، بوتان و بسیاری از هیدروکربنهای کلرینه می باشند. آلومینا دوباره توسط قراردادن آن در معرض هوا یا گاز با دمای °C250 – 180 فعال می شود. شرایط اعمال شده برای فعال سازی دوباره روی طول عمر آلومینا اثر می گذارد. نوعی از آلومینای جاذب را می توان از فعال سازی حرارتی بوکسیت یا از فعال سازی سریع هیدرات تولیدی به روش بایر بین دماهای 400 تا 800 درجه سانتیگراد تولید کرد. امکان کلوخه شدن مورد دوم توسط فرایند جذب مجدد آب وجود دارد و باید در دمای 400 درجه مجددا فعال سازی شود. ژل آلومینای تهیه شده از آلومینیم سولفات و آمونیاک یا سدیم آلومینات و اسید نیز یک پیش ماده خوب جهت سنتز جاذبهاست. ماده راسب شده ، پس از شستشو، خشک و فعال می شود.
آلومیناهای مورد استفاده در کروماتوگرافی به صورت ویژه توسط فعال سازی در دمای 600 – 500 درجه سانتی گراد ساخته می شوند. آلومینای جاذب مورد استفاده برای اهداف کروماتوگرافی، پودر سفید با دانه بندی 80-200 mesh می باشد که در آب، نرم، متورم یا تجزیه نمی شود. بر روی این ماده اسید شوئی انجام نمی شود. آلومینیم اکسید مناسب برای اهداف کروماتوگرافی از آلومینیم هیدروکسید پوشیده شده ( 0% روی 150مش و 40% روی 200مش و 40% روی 325 مش ) که به آسانی در ستون بدون بستن راه نفوذ مایعات پر می شود.
کاتالیستهای آلومینایی جهت آبگیری از الکلها برای تولید اولفینها و سنتزهای دیگری که در آنهادر طول واکنش آب آزاد می شود، به کار می روند. در ضمن آلومینا به عنوان پایه یا حامل کاتالیستهای دیگر در ترکیب با سایر اکسیدهاست. مثالی از مورد اخیر، یک کاتالیست ساخته شده از آلومینا و سیلیس می باشد که به عنوان کاتالیست کراکینگ برای تهیه هیدروکربنهای سبک به کار می رود.
آلومینای به کار رفته به عنوان کاتالیست، می تواند شبیه آلومیناهای مصرفی به عنوان جاذب باشد و یا باید با روشهای ویژه پالایش شود. آلومینا باید توسط اسید شسته شود تا محتوای سدیم آن کاهش یابد. در صورت استفاده از ژل برای تولید این نوع آلومینا، ژل آغازین باید به صورت خاصی پیرسازی و پالایش شود و سپس فعال گردد. هنگامی که خلوص کاتالیست مهم است، ماده آغازین معمولا آلومینیم خالص شده می باشد. در این مورد، آلومینیم برای تولید آلکوکسیدی که بعدا هیدرولیز شده، الکل تولید می کند، به کار می رود.
آلومینای کلسینه شده در شیشه، صنعت لعاب ، سرامیکهای معمولی، آجرهای آلومینایی و سرامیکهای ویژه برای ساخت مقاومتهای الکتریکی با مقدار مقاومت بالا به کار می رود( مانند شمعهای جرقه و اجزای الکتریکی ). این ماده معولا از کلسیناسیون هیدروکسید آلومینیم حاصل از روش بایر در کوره دوار یا کوره ثابت الکتریکی به دست می آید. محصولات حاصل خواص فیزیکی گوناگونی خواهند داشت.
برای ساخت آلومینای سینتر شده، آلومینا خرد،آگلومره یا توسط چسبهای آلی پرس می شود و در دمای 1800-1600 درجه سانتی گراد حرارت داده می شود.
آلومینای ذوب شده به عنوان ساینده و دیرگداز به کار می رود. آلومینا در حالت آزاد نیز یک ساینده می باشد. برخی کانی های رنگی شفاف حاوی اکسید آلومینیم، عموما سنگهای قیمتی و نیمه قیمتی مانند یاقوت ، یاقوت سرخ ، زمرد سبز مشرقی و زبرجد هندی یا یاقوت زرد هستند..
برای ساخت آلومینای ذوب شده، اکسید آلومینیم معمولی در یک کوره قوسی با الکترودهای گرافیتی ذوب می شود. محصول حاصل پس از خردایش، از آلومینای معمولی سختتر خواهد بود.
خواص
در جدول زیر به برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی آلومینا با درجات خلوص مختلف اشاره شده است.
برخی ازخواص فیزیکی ومکانیکی آلومینای ٪۸۶ تا ٪۹/۹۹
خواص / خلوص
Saphire
تبلور مجدد 99%
۹۹٫۹٪
۹۷٫۵٪
دانسیته(g.cm-۳)
۳٫۹۸۵
۳٫۹
۳٫۹
۳٫۷۸
استحکام فشاری(MPa)
۲۱۰۰
۲۶۰۰-۲۲۰۰
۲۶۰۰-۲۲۰۰
۲۵۰۰-۱۷۵۰
مدول گسیختگی(MPa)
۲۶۰
۴۰۰-۳۲۰
سختی ویکرز (kgf.mm-۲)
۳۰۰۰-۲۵۰۰
۱۶۵۰-۱۵۰۰
۱۶۵۰-۱۵۰۰
۱۶۰۰-۱۵۰۰
کاربردها
سختی بالای آلومینا، مقاومت در برابر سایش را موجب می گردد. از این رو از آن در موارد مختلفی مانند پوشش های مقاوم به فرسایش لوله ها و مجراها، پمپ ها و شیرآلات، و غلاف های هدایت کننده الیاف، سیم ها و غیره استفاده می گردد.
آلومینا به دلیل سختی زیاد در درجه حرارت های بالا به عنوان نوک ابزار برش فلزات مورد استفاده قرار می گیرد (اگرچه در این مورد استفاده از کامپوزیت های زمینه آلومینایی حتی با خواص بهتر معمول تر است)
آلومینا، پر مصرف ترین ساینده مورد استفاده می باشد، که عموماً در مورد آلیاژهای آهنی، مواد با قابلیت کشش بالا و چوب به کار می رود. همچنین از آلومینا به عنوان ماده آسیاب کننده در محدودهوسیعی از فرایندهای کاهش اندازه ذرات استفاده می شود.
اکسید آلومینیوم (Al2O3) یک خانواده از ترکیبات غیرآلی با فرمول شیمیایی Al2O3 است. این اکسید یک اکسید آمفوتر مهم است. اکسید آلومینیوم نام های تجاری متنوعی مانند آلومینا، کوراندوم (corundum و…. دارد. نام های تجاری متنوع اکسید آلومینیوم نشان دهنده ی گستره ی وسیع استفاده از این ماده در صنعت است. استفاده ی عمده از اکسید آلومینیوم برای تولید فلز آلومینیوم است. اگر چه این ماده همچنین به عنوان ساینده (به خاطر سختی بالا) و به عنوان یک ماده ی دیرگداز (به خاطر دمای ذوب بالا) استفاده می شود.
کوراندوم عمده ترین فرم کریستالی اکسید آلومینیوم است که در طبیعت وجود دارد. یاقوت سرخ (Ruby) و یاقوت کبود (Sapphire) سنگ های گران بهایی هستند که از کوراندوم تشکیل شده اند. علت وجود رنگ های متنوع در اینگونه آلومینا (کوراندوم) در اثر وجود ناخالصی هاست. یاقوت سرخ، رنگ قرمز خود را به دلیل وجود ناخالصی کروم بدست آورده است. یاقوت کبود به رنگ های مختلفی در می آید. که این تنوع رنگ به خاطر ناخالصی های مختلف مانند آهن و تیتانیم بوجود می آید.
اکسید آلومینیوم یک عایق الکتریکی است. اما دارای رسانایی گرمایی به نسبت بالا (30wm-1k-1) است. البته این رسانایی گرمایی با دما تغییر می کند و عدد گزارش شده به طور میانگین بیان شده است. همچنین رسانایی گرمایی آلومینا در بین سرامیک ها بالاست. به دلیل بالا بودن نقطه ی ذوب آلومینا این ماده مقاومت و ثبات حرارتی بالایی دارد.
سختی بالای کوراندوم (فراوان ترین فرم کریستالی موجود از آن) که به آن α- آلومینا گفته می شود، باعث شده تا از این ماده به عنوان یک جزء مناسب برای کاربردهای ساینده (abrasive) و ابزار برش (cuttingtools) باشد.
بوجود آمدن اکسید آلومینیوم بر روی سطح فلز آلومینیوم عامل حفاظتی در برابر هوازدگی (weathering) است. آلومینیوم فلزی یک ماده ی بسیار واکنش پذیر با اکسیژن اتمسفر است. و یک لایه ی محافظت کننده از آلومینا (به ضخامت 4 نانومتر) در مدت 100 پیکوثانیه بر روی بخش های در معرض هوا ایجاد می گردد. این لایه ی اکسیدی از اکسید شدن تمام آلومینیوم جلوگیری می کند. ضخامت و خواص این لایه ی اکسیدی را می توان بوسیله ی فرآیند آنودایزینگ (anodizing) تغییر داد. برخی از آلیاژها مانند برنزهای آلومینیومی از ویژگی آنودایزینگ استفاده می کنند تا خاصیت مقاومت به خوردگی آنها بهبود یابد. آلومینای بوجود آمده بوسیله ی فرآیند آنودایزینگ حالت آمورف دارد اما می توان بوسیله ی فرایندهایی مانند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما (Plasmaelectrolytic oxidation)، لایه ی کریستالی از آلومینا بوجود آورد و سختی آلومینا را بالا برد.
آلومینا استحکام دی الکتریک خوبی دارد. این ماده الکترولیت جامد نیست و از این رو مانند اکسید زیرکونیوم (zro2) عمل نمی کند و خواص دی الکتریک آن به فشار اکسیژن بستگی ندارد.
سختی آلومینا در مقیاس موس 9 است. در این طبقه بندی پس از الماس، آلومینا در رتبه ی دوم قرار دارد.
ساختار
عمده ترین فرم کریستالی آلومینا، کوراندوم است. یون های اکسیژن و آلومینیوم در ساختار کوراندوم به صورت هگزاگونال متراکم (HCP) درآمده اند. در واقع یون های اکسیژن د رحال هگزاگونال متراکم (HCP) هستند و یون های Al3+ دو سوم فضاهای خالی 8 وجهی را اشغال کرده اند. هر مرکز Al3+ به صورت یک 8 وجهی است که از لحاظ کریستالوگرافی، کوراندوم با توجه به یون های Al3+ دارای شبکه ی تریگونال است. در واقع هر سلول واحد HCP، از 2 واحد فرمولی اکسید آلومینیوم تشکیل شده است.
آلومینا همچنین به صورت فازهای دیگر وجود دارد. این فازها را براساس حروف یونانی نامگذاری می کنند. این فازها عبارتند از: θ, δ,ð, χ, η هر کدام از این فازها دارای ساختار کریستالی و ویژگی خاص خود است. البته تمام این فازها، فازهایی میانی و غیرپایدار هستند. پس از حرارت دهی آلومینا و تشکیل این فازها در نهایت فاز α تشکیل می شود.
فاز ð می تواند مقداری در آب حل شود. که حلالیت این فاز نشان دهنده ی نامناسب بودن آن در کاربرد است.
همچنین می توان از ناپایداری برخی از فازهای آلومینا استفاده کرد و از فعالیت های شیمیایی آنها در کاربردهای خاص بهره برد. مثلا می توان از آنها به عنوان پایه کاتالیست و یا حتی کاتالیزور استفاده کرد.
تولید
کانی های هیدروکسید آلومینیوم جزء عمده ی بوکسیت است. بوکسیت فراوان ترین سنگ معدن آلومیناست. مخلوطی از کانی های مختلف در سنگ بوکسیت وجود دارند. این کانی ها عبارتند از:
1)گیبسیت (Al(OH)3)
2)بوهمیت (ð -Alo(OH))
3)دیاسپور (α-Alo(OH))
4)هیدروکسید و اکسید آهن
5)کوارتز
6)کانی های رسی
بوکسیت در خاک های سرخ (Laterites) وجود دارد. بوکسیت بوسیله ی فرآیند بایر خالص سازی می شود.
روش بایر برای تولید پودر آلومینا
ماده ی اولیه ی مورد استفاده در روش بایر بوکسیت است. این بوکسیت باید خلوصی بیش از 55 درصد داشته باشد تا فرآیند بایر صرفه ی اقتصادی داشته باشد. ماده ی اولیه ی بدست آمده از معدن (بوکسیت) خردایش شده و در مخازن بزرگ و سربسته ی آب در سود حل می گردد. با حل شدن بوکسیت در آب و بوسیله ی سودسوزآور، در محلول آلومینات سدیم به صورت محلول در آب تشکیل می شود. در مرحله ی بعد ناخالصی های نامحلول مانند آهن، سیلیس وتیتان بوسیله ی فیلتراسیون جدا می گردند. این ناخالصی ها به لجن قرمز (redmad) معروفند. در مرحله ی بعد برای عکس کردن واکنس انحلال هیدروکسید، گاز دی اکسید کربن به داخل محلول دمیده می شود. و رسوب Al(OH)3 تشکیل می شود. رسوب حاصله جداسازی، خشک و کلسیناسیون می شود. آلومینای حاصله خردایش و دانه بندی می گردد.
به آلومینای بدست آمده از روش بایر، آلومینای کلسینه شده می گویند. عمل کلسیناسیون در روش بایر در کوره ی دوار صورت می پذیرد. در ابتدای کوره دما پایین است و عمل خشک شدن انجام می شود. و در ادامه عمل تجزیه صورت می پذیرد. ترکیباتی همچون کلرین ها، فلرین ها، بور می توانند دمای تجزیه ی هیدروکسید را کاهش دهند. همچنین این عوامل، عامل جوانه زا برای تشکیل α- آلومینا هستند. وعلاوه بر دمای تجزیه ی هیدروکسید، بر روی شکل ذرات نهایی اثرگذار هستند. هر چه دمای کوره (دمای تجزیه) بالاتر رود، تبدیل می تواند کامل تر صورت گیرد. در دمای 1400 درجه سانتیگراد در حدود 99-90درصد از هیدروکسید به α-آلومینا تبدیل می شود و علاوه بر α آلومینا فاز میانی ð نیز وجود دارد. از این رو برحسب دمای کوره و افزودنی های مختلف، درصد α-آلومینا متفاوت است. در روش بایر حتی می توان آلومینایی با خلوص 99.99 درصد تولید نمود.
مشکلات روش بایر
1)هزینه ی بالای روش بایر
2)روش بایر به مخازن بزرگ آب نیازمند است.
3)مصرف آب در روش بایر بالاست.
4)روش بایر انرژی بر است، (برای گرم کردن مخازن آب نیاز به انرژی زیادی داریم).
5)ضایعات، و باطله های روش بایر زیاد است.
6)ورود ناخالصی هایی همچون اکسید سدیم موجب تخریب خواص الکتریکی آلومینا شده و ما را مجبور می کند تا با اعمال فرآیندهای جانبی درصد این گونه ناخالصی ها را کاهش دهیم.
در کاربردهای الکتریکی میزان یون سدیم بسیار مهم است. یون سدیم وارد ساختار آلومینا می شود و به صورت فاز θ درمی آید. این فاز محلولی جامد از اکسید سدیم و آلومیناست که باعث تغییر خواص الکتریکی آلومینا می شود و آلومینا را به یک الکترولیت جامد تبدیل می کند. الکترولیت های جامد با افزایش دما خاصیت رسانایی پیدا می کنند. اکسید سدیم همچنین بر روی نقطه ی ذوب آلومینا تاثیر گذاشته و آن را پایین می آورد. پایین آمدن دمای ذوب آلومینا موجب این مسئله می شود که در دماهای نسبتا پایین بخش هایی از آلومینا ذوب گشته و پس از سردشدن تشکیل فاز شیشه ای می دهد. وجود فاز شیشه ای در برخی بدنه ها مانند بدنه های دیرگداز مضر بوده و باعث کاهش استحکام آنها می شود. پس توجه به خلوص آلومینا در برخی صنایع مانند صنعت دیرگداز و الکترونیک و… ضروری به نظر می رسد.
ویژگی های کلیدی آلومینا
ویژگی هایی که آلومینا دارد و باعث شده است تا بتوان از آن در کاربردهای بسیار استفاده بشود عبارتند از:
1)استحکام فشاری بالا
2)سختی بالا
3)مقاومت به سایش بالا
4)مقاومت در برابر حملات شیمیایی بوسیله ی گستره ی وسیعی از مواد شیمیایی حتی در دماهای بالا
5)رسانایی گرمایی بالا
6)مقاومت در برابر شک حرارتی
7)دیرگدازی بالا
8)مقاومت دی الکتریک بالا
9)مقاومت الکتریکی بالا حتی در دماهای بالا
10)شفافیت در برابر فرکانس های اشعه ی میکروویو
11)ماده ی اولیه ی آن بسهولت قابل دسترسی است و قیمت آن دارای نوسان شدید نیست.
روشهای شکل دهی الومینا
روشهای شکل دهی آلومینا به طور کلی شامل
اکستروژن ، ریخته گری ، پرس کاری
می باشد. البته به دلیل مشکلات شکل دهی الومینا باید در دماهای بالا و شرایط بسیار دقیق انجام شود.بعد از شکل دهی برای قرار گرفتن در تلرانس مجاز از ماشینکاری نیز استفاده می شود.
در پایان پرسه تولید در بعضی روشها که از مواد اولیه پودری استفاده می کنند یک یا چند مرحله زینتر شدن نیز انجام می شود. برای فراورده های خالص آلومینا دمای زیتر کردن در حدود 1900 درجه سانتی گراد می باشد ولی به علت غیر اقتصادی بودن این فرایند و مشکلات تکنیکی با افزودن برخی مواد مانند مگنزیا MgO و Yttria دمای پخت را به 1650تا 1750 می رسانند.
با تولید پودرهای بسیار خالص آلومینا امکان تولید سرامیکهای نیمه شفاف و الومینا با درصد تخلخل در حد صفر وجود دارد.
نسوزهای آلومینا
نسوزهای آلومینا به دوصورت تولید می شوند
* نوع مسطح(tabular)
* نوع گداخته(Fused)
تولید نوع مسطح
در تولید نوع مسطح از پودرهای با خلوص بالای آلومینا 99.99% استفاده می شود . به این صورت که پودر آلومینای کلسینه شده را تا دمایی نزدیک دمای ذوب حرارت می دهند (بالاتر از 1925 درجه سانتی گراد) تا کریستالهای ریز دانه Alumina-α به کریستاهای مسطح و بزرگ با ساختار 6 وجهی در آیند . محصولات را خرد و دانه بندی می کنند و در تولیدات نسوز به کار می برند.
تولید نوع گداخته
در این روش مواد اولیه را به صورت خمیر در می آورند و داخل کوره شارژ کرده و ذوب می کنند. برای ذوب از کوره القایی استفاده می کنند. نسوز تولیدی اندازه دانه بزرگی دارد و باید به میزان دلخواه خرد شود. نسوزهای گداخته به دوصورت تولید می شوند.
* سفید
* قهوه ای
گداخته سفید
مواد اولیه شامل آلومینای کلسینه شده می باشد. در تولید نسوزهای دمای بالا به کار می رود.
گداخته قهوه ای
از سنگ معدن بوکسیت به عنوان مواد اولیه استفاده می شود. ناخالصی های پایه اهن – سیلیکون در آن وجود دارد. به همین سبب دمای ذوب پایین تری دارد. از جهت دیگر قیمت پایین آن باعث کاربرد وسیع آن شده است.نسبت به نوع سفید آن استحکام بالاتر و خواص سایشی بهتری دارد. در تولید نسوز برای کوره بلند و کوره القایی استفاده می شود.
بررسی پارامترهای موثر بر روی نسوزهای آلومینا
به طور کلی آلومینا در هوا و محیطهای اکسید کننده بدون رطوبت مقاومت بالایی از خود نشان می دهد. عوامل زیادی در میزان مقاومت آلومینا موثر هستند که مهمترین آنها سرباره ها می باشند. مقاومت در مقابل سرباره نیز به عوامل زیادی بستگی دارد که مهترین آنها عبارتند از
1. فعالیت سیمیایی سرباره
2. گران روی و سیالیت یرباره
3. زاویه تر کنندگی یرباره
سطح تماس بین نسوز و سرباره نیز از اهمیت بالایی برخوردار است و باید در حد امکان کم باشد . برای کاهش سطح تماس باید تخلخل نسوز به حداقل برسد و از طرفی درصد وزنی عناصر قلیایی و ترکیبات آنها به حداقل برسد . چون این عناصر اثر بسیار نامطلوبی بر روی نسوزها می گذارند.
کاهش میزان تخلخل موجود در آجرهای نسوز و میزان چگالی آنها در کیفیت دیرگدازی آنها بسیار مهم است و می توان تهمیت آن را با ترکیب شیمیایی آجر نسوز هم ردیف قرار داد.
کاربردهای کلی آلومینا
با داشتن خواص بسیار مناسب از این ماده به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود که از ان جمله
• در صنایع تولید نسوز
• به عنوان یک ماده ساینده
• در صنایع الکتریکی
• صنایع تولید شیشه
• ایجاد پوششهای ضد سایش و محافظ
• صنایع هوا فضا
• در جوشکاری ، کار با فلز و همچنین ایزوله کردن
• در تولید کامپوزیتها ، الیاف ویسکرز و المنتها
مهمترین کاربردهای الومینا بر اساس درصد وزنی محصولات
50 درصد نسوزها
20 درصد مواد ساینده
15 درصد تجهیزات ایجاد جرقه
10 درصد درسرامیکهای مندسی
• Transition Alumina به عنوان جاذب ، کاتالیزور ، پوشش دهنده ها و ساینده های ملایم
• Beta-Alumina در باطریهای سدیم-سولفور مهمترین خواص این نوع خاص آلومینا عبارتند از
چگالی بالا
مقاومت الکتریکی بالا
• سرامیکهای آلومینا به عنوان مبدل حرارتی در اتمسفر کوره های با سوختهای فسیلی
ساخت آلومینا با ساختار نانو در اشل آزمایشگاهی بعنوان پایه کاتالیست های
فرایند CNTGTL
در این پروژه ابتدا آلومینای نانو ساختاری با تغییر پارامترهای مختلف از قبیل ماده اولیه و PH های مختلف بررسی گردید و PH بهینه برای ساخت آلومینای نانو ساختاری بدست آمد. همچنین بررسی ماده اولیه مناسب برای ساخت این نوع خاص از آلومینا ماده اولیه مناسب مشخص گردید که با وجود معدنهای فراوان در ایران ساخت آن نیز میسر می باشد.
با خشک کردن Precourser در شرایط فوق بحرانی الکلها می توان به موادی دست یافت که از نظر مورفولوژی و سطح ویژه و حجم منافذ کاملا با آلومینای معمولی متفاوت می باشد. در این پروژه موفق به ساخت آلومینای ائروژل تا سطح m2/g 426 و با حجم منافذ تا cm3/g 1,2 شده ایم.
بررسی غیرفعال شدن کاتالیست کبالت بر پایه آلومینا و ارائه راهکار مناسب جهت کاهش سرعت غیرفعال شدن کاتالیست
هدف از انجام این پروژه، شناسایی عوامل غیرفعال شدن، مدلسازی غیرفعال شدن کاتالیست و ارائه راهکار مناسب جهت کاهش سرعت و غیرفعال شدن است. نتایج حاصل از این کار در واحدهای تبدیل گاز به مایع در مقیاس نیمه صنعتی مورد نظر پژوهشگاه و همچنین مقیاسهای صنعتی بعدی استفاده خواهد شد.
دراین پروژه سنتز فیشر – تروپش با کاتالیست کبالت بر پایه آلومینا مطالعه شد و مکانیزم غیر فعال شدن شناسایی شد و نتیجه اینکه آب یکی از عوامل غیر فعال ساز می باشد. اثر آب در سرعت غیر فعال شدن کاتالیست در فرآیند سنتز فیشر – تروپش در دو راکتور بستر ثابت و بستر دوغابی بررسی شد. با تغییر شدت جریان حجمی خوراک، میزان تبدیل منو اکسید کربن در راکتورها تغییر کرده و مقادیر مختلف فشار جزئی بخار آب در راکتور ایجاد گردید. ویژگیهای کاتالیست تازه و استفاده شده توسط روشهای مختلفی شامل XRD ، TEMو BET تعیین شد.
بررسی تاثیر آلومینای فعال بر غلظت فلوراید موجود در آب و تعیین ایزوترم ها وسینتیک جذب
زمینه و هدف: غلظت فلوراید در آب آشامیدنی به دلیل اثرات مفید و مضر آن برروی سلامت انسان بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر آلومینای فعال بر کارایی حذف فلوراید از آب آشامیدنی است.
روش بررسی: آزمایش ها در سیستم ناپیوسته و با تغییر فاکتورهای موثر مانند (5، 7 ،9 PH)، زمان تماس (03، 06، 09 و 021 دقیقه)، غلظت اولیه فلوراید (1، 2 و 4/2 میلی گرم بر لیتر) و دز آلومینای فعال (1/0، 2/0 و 3/0 گرم بر لیتر) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین داده های حاصل از این تحقیق با مدل لانگمیر و فروندلیچ و داده های سینتیک با مدل های درجه یک کاذب، درجه دو کاذب، درجه دو کاذب تغییر شکل یافته، تطبیق داده شده است.
یافته ها: نتایج نشان داد با افزایش PH محلول کارایی حذف کاهش می یابد وPH بهینه در محدوده 5 تا 7 بوده است. همچنین کارایی حذف فلوراید با افزایش جرم ماده جاذب و کاهش غلظت اولیه فلوراید افزایش یافته است. جذب یون های فلوراید با مدل لانگمیر (8999/0=2r)همراه است. سینتیک جذب فلوراید بر روی آلومینای فعال به وسیله مدل درجه دو کاذب بهتر توصیف شد (1889/0=2r).
نتیجه گیری: غلظت آلومینای فعال بر کاهش غلظت یون های فلوراید در آب موثر است. حذف بالای فلوراید در آزمایشات ناپیوسته در = 5 PH محلول مشاهده شد زیرا هیچ یون فلوراید آزادی در محلول وجود ندارد که ممکن است ناشی از فعل و انفعالات الکترواستاتیکی بین سطح آلومینا و گونه های بارز فلوراید در محلول باشد. مدل سینتیک به طور مناسب رفتار حذف یون فلوراید به وسیله جذب سطحی آلومینای فعال در سیستم ناپیوسته را توصیف می کند.
فصل پنجم
خاک اره- میوه کاج زغالی شده-خاک کائولینیت-خاک اره زغالی شده
حذف رنگ اسیدی Indigocarmine توسط جاذب خاک اره
چکیده:
خاک اره یک ماده ارزان و فراوان است که معمولا به عنوان یک جاذب برای حذف الاینده ها از اب مورد استفاده قرار میگیرد.مواد شیمیایی شامل رنگ-نفت-نمک های سمی و فلزات سنگین می توانند به طور موثر با مواد الی حذف شوند.
در اینجا از خاک اره تولید شده درخت گردو استفاده شد.ساختار ان توسط طیف سنجی تبدیل فوریه مورد بررسی قرار گرفت. از نمونه خاک اره و خاک اره فعال شده برای حذف رنگ Indigocarmine از محلول های ابی استفاده شد.
مقدمه:
مقادیر زیادی اب و مواد شیمیایی برای فرایند رنگرزی در صنعت نساجی استفاده می شود.فاضلاب در این فرایندها معمولا حاوی مقادیری از الاینده ها شامل اسیدها- بازها-جامدات حل شده-ترکیبات سمی و رنگهای الی هستند.افزایش زیاد رنگها برای بعضی میکروارگانیسم ها سمی است و ممکن است باعث تخریب مستقیم یا جلوگیری از اثر کاتالیزوری شان شود.رنگهای انحلال پذیر در اب مانند رنگهای اسیدی در روشهای شیمی- فیزیکی متداول به اسانی حذف نمی شود.تعدادی از مواد این چنینی مثل خاک رس طبیعی و کربن فعال شده به عنوان جاذب برای حذف رنگ مورد استفاده قرار میگیرند.کربن فعال شدهبه عنوان یک جاذب معروف در بسیاری از موارد بکار میرود.اما گران قیمت است و با افزایش کیفیت قیمت نیز افزایش میابد.مطالعات زیادی روی خواص جاذبهای سطحی انجام شده است و نمونه هایی با قیمت پایین جاذب نظیر تولیدات کشاورزی یا الیاف طبیعی مثل کاه چو- پوسته درخت-پوسته بادم زمینی و … در سالهای اخیر گزارش شده است. مطالعات نشان می دهد که خاک اره از جمله مواد جاذب ارزان قیمت مذکور است و یک جاذب مطمعن برای حذف رنگهای ابی و بعضی مواد ناخواسته از فاضلاب می باشد.خاک اره نه تنها به میزان فراوان در دسترس است همچنین یک جاذب کارامد است که برای تعداد زیادی از انواع الاینده ها نظیر رنگها- نفت-نمکها-فلزات سنگین و …موثر است.محصولات کشاورزی زیادی فاقد ارزش اقتصادی هستند و بعضی نظیر خاک اره که به مقدار زیاد در اسیاب الوار موجود می باشد می توانند در برنامه مصرف قرار بگیرند.استفاده از خاک اره جهت حذف رنگ هم برای محیط و هم برای کشاورزی مفید خواهد بود.
2-بخش تجربی
2-1-تهیه محلول
از رنگ Indigocarmine محلول مادری با غلظت 100ppm تهیه شد.سپس محلولهای رقیق تری از 10 تا 100 میلی گرم بر لیتر اماده گردید با استفاده از روش اسپکتروفتومتری با سل کوارتز ، طیف جذبی هر یک از محلولها گرفته شده تا طول موجی که ماکزیمم جذب در ان اتفاق می افتد به دست می اید.
2-2-اندازه گیری درصد جذب
برای اندازه گیری درصد جذب،1/. گرم جاذب را به 25 میلی لیتر از محلول رنگی با غلظت 10ppm،اضافه میشود.پس از زمان معینی جاذب را از محلول های رنگی جدا کرده و جذب محلول ها با دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده میشود.
3-2-اثر زمان در راندمان جذب
برای بررسی اثر کاتالیزوری کامپوزیت مغناطیسی 1/. گرم از هر یک از نمونه های جاذب توسط سدیم کلرید 1 مولار و اشباع با 25 میلی لیتر از نمونه رنگ در زمانهای مختلف تماس داده شد.بعد از صاف نمودن ، جذب محلول زیر صافی اندازه گیری شد.زمانی که خاک اره به عنوان جاذب استفاده شد درصد جذب به 24 درصد رسد و هنگامی که خاک اره فعال شده توسط سدیم کلرید 1 مولار استفاده شد درصد جذب به 55درصد رسید ولی زمانی که از خاک اره فعال شده توسط سدیم کلرید اشباع استفاده شد درصد جذب رنگ به 98 درصد نزدیک شد.
بررسی کارایی جاذبهای طبیعی(میوه کاج زغالی شده،خاک کائولینیت،خاک اره زغالی شده،کربن فعال و خاک اره)در حذف دترجنت
چکیده:
ورود فاضلاب های حاوی ترکیبات پاک کننده و شوینده به محیط زیست طی فرآیند تولید و مصرف مخاطرات عدیده ای را برای محیط زیست ایجاد می کند. روش های متداول تصفیه فاضلاب بازده مناسبی برای این ترکیبات ندارند به همین دلیل باید از روش های مناسبی جهت حذف این ترکیبات استفاده کرد. پژوهش حاضر در جهت بررسی کارایی جاذب های طبیعی در حذف دترجنت انجام گرفته است.در این مطالعه از جاذب های طبیعی نظیر خاک اره خام، میوه کاج زغالی شده، خاک اره زغالی شده، کربن فعال و خاک کائولینیت استفاده گردید. این مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی و با استفاده از نمونه های فاضلاب سنتتیک حاوی دترجنت آنیونی از نوع las انجام گرفت،بدین منظور نمونه هایی با سه غلظت 25،50و 300 میلی گرم بر لیتر las ساخته شد.
پس از آماده سازی اولیه جاذب و اضافه نمودن مقدار مشخصی از جاذب به نمونه های فاضلاب، زمان تعادل و بازده جذب مورد بررسی قرار گرفت.نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد زمان تعادل کربن فعال 90دقیقه، خاک اره زغالی شده60 دقیقه، میوه کاج زغالی شده در تماس با غلظت 25 میلی گرم بر لیتر las ،30 دقیقه و در تماس با غلظت 300 میلی گرم بر لیتر las،45 دقیقه میباشد.
همچنین در این مطالعه مشخص گردید که با کاربرد10 گرم میوه کاج زغالی شده بازده جذب حدود 95% حاصل می گردد که با بازده جذب 5/1 گرم کربن فعال برابر میباشد.درصورتی که بازده جذب برای خاک کائولینیت و خاک اره بسیار کم و برای خاک اره زغالی شده حدود 35% بدست امد.
مقدمه:
اصطلاح دترجنت در واقع به هر ماده شیمیایی با قدرت نفوذ، حلالیت، پخش کنندگی، خیس کنندگی، امولسیون کنندگی و کاهش دهنده کشش سطحی که از قدرت پاک کنندگی بالایی برخوردار است اطلاق می شود.
اجزای شیمیایی یک پاک کننده به طور کلی به سه دسته عمومی طبقه بندی می شود:
1.سورفاکتانت ها مواد( فعال کننده سطحی) 20-30%از وزن شوینده را تشکیل داده و اصلی ترین و مهم ترین ماده شیمیایی شوینده ها می باشد.
2.سازنده ها: به موادی گفته می شود که به شیوه های مصنوعی یا صابون برای بهبود اثر فراورده در شرایط مصرف در حین ساخت اضافه می کنند تا بازده پاک کنندگی را بیشتر کنند و 70-80% دترجنت را تشکیل می دهد.
3.پر کننده ها: ماده ای که به شوینده ها اضافه می شود ولی بهبودی در خواص و جذابیت آن ایجاد نمی کند.
فاضلاب های ناشی از کارخانجات دترجنت شامل مقادیر زیادی از مواد خام باقی مانده می باشد که به علت تنوع بار آلودگی می تواند اثرات زیست محیطی شدیدی را بر محیط زیست اعمال نماید،
ایجاد سد در مقابل پخش اکسیژن و اختلال در عمل سنتز در سطح تماس مایع، کاهش سرعت تنفس باکتری ها و ممانعت از واکنش آنزیمی آن ها درنتیجه تقلیل سرعت تجزیه مواد آلی در مرحله تصفیه بیولوژیکی، آلودگی آب های زیر زمینی، ایجاد مسمومیت برای ماهی ها، ایجاد اختلال در فرایندهای تصفیه چون انعقاد و لخته سازی مواد معلق و کلوئیدی (دی فلوکولاسیون کلوئیدها و درنتیجه مصرف بیشتر مواد منعقد کننده)و اختلال در واحد ته نشینی،کاهش شدید اکسیژن محلول در واحد ته نشینی و درحوض هوادهی، ایجاد کف شدید، امولسیون سازی چربی ها و روغن ها و ایجاد پدیده یوتریفیکاسیون اهم این مشکلات می باشند.
تاکنون جهت تصفیه دترجنت ها از فاضلاب روش های بیولوژیکی و روش های شیمیایی، فیزیکی که شامل فرایندهای انعقاد و لخته سازی، شناورسازی، روش اسمز معکوس، اکسیداسیون به روش فنتون، تجزیه به کمک اشعه فرابنفش و جذب سطحی مورد بررسی قرار گرفته است. بعضی
از این روش ها، روش های پر هزینه هستند.
روش جذب سطحی نیز به دلیل کاربرد ماده جاذب، در صورتی که ماده جاذب گران قیمت باشد روش پر هزینه ای است بنابراین قیمت بالای کربن ایجاب می کند روش جذب سطحی با مواد ارزان قیمت جایگزین شود. تاکنون مطالعات زیادی در مورد با استفاده از جاذب های غیر مرسوم و کم هزینه شامل مواد طبیعی به خصوص ضایعات کشاورزی، خاک بنتونیت، کائولینیت، ماسه و ضایعات گیاهان انجام گرفته است.
روش تحقیق:
این تحقیق در مقیاس آزمایشگاهی با ساخت فاضلاب سنتتیک حاوی دترجنت با سه غلظت 50،25 و 300 میلی گرم برلیتر انجام گرفت. غلظت 25 و 300 میلی گرم برلیتر برای جاذب (میوه کاج زغالی شده( ،غلظت 50 میلی گرم برلیتر برای جاذب خاک اره و نیز غلظت 25 میلی گرم بر لیتر برای همه جاذب ها به جز خاک اره مورد استفاده قرار گرفت.
برای تهیه این مواد جاذب ابتدا میوه کاج بعد از پیچیدن داخل فویل درون کوره الکتریکی با دمای oC 600 به مدت 20 دقیقه قرار داده شد. پس از خارج کردن از کوره خرد شده و به عنوان جاذب مورد استفاده قرار گرفت. برای خاک اره زغالی شده نیز فرایند یاد شده انجام یافت و به مدت 15 دقیقه در دمای 200-300 درجه سانتی گراد قرار داده شد. کربن فعال مورد استفاده در این مطالعه به صورت گرانول می باشد و نیز خاک کائولینیت به صورت خالص تهیه و استفاده گردید. خاک اره خام نیز پس از جداسازی ذرات درشت تر مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج:
نتایج آزمایش های انجام یافته در این مطالعه به دو بخش اصلی تقسیم گردیده است.
بخش اول: در مورد بررسی جذب هر کدام از جاذب ها و به دست آوردن زمان تعادل در خصوص هر یک.
بخش دوم: شامل تعیین ایزوترم مربوط به عمل جذب برای هر یک از جاذب ها و تعیین درصد جذب هر یک از جاذب ها در غلظت های مختلف جاذب و las.
برای تعیین زمان تعادل مطابق روش ذکر شده در قسمت قبل آزمایش ها انجام گرفت که نتایج آن به شرح زیر می باشد.
زمان تعادل برای خاک اره زغالی شده وکربن فعال، به ترتیب:60و 90 دقیقه بود و نیز زمان تعادل برای میوه کاج زغالی شده در معرض غلظت 25 میلی گرم بر لیتر ، 30 دقیقه و در معرض300میلی گرم بر لیتر45 دقیقه می باشد. جذب توسط خاک اره خام و خاک کائولینیت بسیار جزئی می باشد، بنابراین از مطالعه خارج گردید.
تعیین بازده جاذب ها در محلول
با توجه به جدول1 مشخص می گردد که بازده کربن فعال در جذبlas بسیار مناسب است .
جدول1- بازده جذب جاذب های استفاده شده در مطالعه در مقابل محلول LAS
بحث و نتیجه گیری:
در مورد ایزوترم جذب لانگ موئر بیشتر باشد نشان دهنده بالا b به این صورت می باشد؛ هرچه بالاتر باشد نشان دهنده اتصال a بودن ظرفیت جذب و هر چه قوی تر ماده جذب شونده به جاذب می باشد.
– تعیین بازده مواد جاذب در محلول های حاوی las
با توجه به جدول 1 مشاهده می گردد بازده کربن فعال در جذب las نسبت به سایر جاذب ها بیشتر است. این مهم به دلیل نوع آماده سازی و ساختار متخلخل وسطح فعال جذب این مواد جاذب ذکر نمود که سبب ایجاد سطح جذب بسیار بالایی درین مواد جاذب می باشد.
ولی استفاده از کربن فعال مستلزم هزینه می باشد و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
برای حذف las نیز می توان از سایر جاذب ها (میوه کاج زغالی شده)که بازده جذب مناسبی دارند استفاده نمود. گرچه، مقدار مواد جاذب بیشتری مورد نیاز باشد تا به همان بازده دست یافته شود.
منابع:
[1] Guha, D. and Gupta,K., Preparation of Silica Gel, J.Indian Chem. Soc., 50(2), 86 (1973).
[2] Iller,R.K., The Colloid Chemistry of Silica and Silicates, Cornell University Press. Ithaca,New
York (1955).
[3] Lee, H. and Cummings, W.P., Process for the Preparation of Dried Silica, Chem. Eng. Progr.,
63, 52 (1967).
[4] Scott, R.P.W., "Silica Gel and Bonded Phase", John Wiely & Sons, pp. 2-13 (1993).
[5] Shabaker, H.A., Gel Bead Forming Method and Apparatus ,U.S. Patent 2, 616, 857 (1952).
[6] Miliken, T.H. and Lebeis, E.H., Preparation of Bead Hydrogel and Apparatus therefor ,U.S.
Patent 2,533, 278 (1950).
[7] Groth, W., et al., Silica Gel of Improved Properties and Process of Making Same, U.S. Patent
4, 148, 864 (1979).
[8] Okkerse, C., de Beor, J.H. and Cyrot, M.,La Texture de La Silice En Tant Que Resultat de SA
Formation par Effet Catalytique, J. Chim. Phys., 57, 534 (1960).
[9] Schwartz, A.B., Preparation of Siliceous Aerogel, U.S. Patent 3, 165, 379 (1965).
[10] Lee, H. and Prospect, H.,Manufacture of Spheroidal Silica-Alumina Particles, U.S. Patent 3,
437, 603 (1969).
[11] Dube, S.J., et al., A Process for the Manufacture of Spherical/Bead Type Silica Gel,IN. Patent.163, 801 (1988).
[12] Hurd, C.B., Theories of the Mechanism of the Setting of Silicic Acid Gels,
[13] www.google.com
[14] www.sid.ir
[15] F. I. Khan, A. K. Ghoshal., "Removal of Volatile Organic Compounds from polluted air." Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2000, Vol. 13, p. 527.
[16] J. Wu, "Modeling adsorption of organic compounds on activated carbon," 2004.,
[17] A. Ebadi, J. Soltan Mohammadzadeh, A. Khudiev., "Adsorption of Methyl tert-butyl Ether on Perfluorooctyl Alumina Adsorbents high Concentration Range." Chem. Eng. Technol, 2007, Vol. 30, p. 1666 .
[18] B. Crittenden, W. J. Thomas, "Adsorption Technology & Design," 1998.,
[19] S. Brunauer, P. H. Emmet, E. Teller., "Adsorption of gases in multimolecular layer." J. Am. Chem. Soc, 1938, Vol. 60, p. 309.
[20] F. Gritti, G. Guiochon., "New thermodynamimically consistent competitive adsorption isotherm in RPLC." J. Col. Int. Sci, 2003, Vol. 264, p. 43.
[21] I. Langmuir ., "The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum." J. Am. Chem. Soc, 1918, Vol. 40, p. 1361.
1. Bansal, R.C., Donnet, J.B., and Stoeckli, F., "Active Carbon", Marcel
Dekker Inc., (1988).
2. Wigmans, T., "Industrial aspects of production and use of activated
1- J.Weitkamp,S.Ernst. / Catalysis Today 19(1994)107-150
2- C.B.Dartt, M.E.Davis/ Catalysis Today 19(1994)151-186
3- Y.Sugi,M, Toba/ Catayisis Today 19(19994)187-212
علی اکبر هاشمی پژند، پایان نامه کارشناسی ارشد، 1376، دانشگاه گیلان
جزوه درسی شیمی آلی- فلزی پیشرفته، دکتر یزدان بخش، دانشگاه گیلان
حسین قاسمی مبتکر، حسین کاظمیان ( از سازمان انرژی اتمی ایران )، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، مجله دوره 24 شماره 2 سال 1384،
مریم اعظم، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه اصفهان 1382
سایت www.irannano.org
آدرس الکترونیکی alibahramih@yahoo.com
1