توليد رزين نفتي از بنزين پيروليز توسط نانوكاتاليست مغناطيسي هسته-پوسته Fe₃O₄@SiO₂@AlCl₃ و بهينه سازي پارامترهاي تأثيرگذار بر واكنش توليد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

دكتري

رزين‌هاي نفتي يكي از مواد مهم در صنايع چسب، رنگ، مركب چاپ و لاستيك هستند. باوجود توسعه جهاني اين فناوري، توليد صنعتي رزين‌هاي نفتي در ايران تاكنون محقق نشده و كشور ملزم به واردات آن‌ها هست. در اين تحقيق، توليد آزمايشگاهي رزين نفتي از خوراك بنزين پيروليز با استفاده از كاتاليست آلومينيوم كلريد (AlCl₃) در يك راكتور ناپيوسته مورد بررسي قرار گرفت. در اين راستا، اثر مهم‌ترين پارامترهاي عملياتي شامل دما، زمان ماند و درصد وزني كاتاليست بر بازده واكنش و ويژگي‌هاي رزين توليدي از جمله وزن مولكولي، نقطه نرمي و رنگ بررسي و شرايط بهينه تعيين شد. به‌منظور بهينه‌سازي پارامترها، از طراحي آزمايش و روش سطح پاسخ مبتني بر طراحي مركب مركزي استفاده گرديد. در گام بعدي، براي نخستين بار نانوكاتاليست مغناطيسي با ساختار هسته اكسيد آهن-پوسته سيليس اصلاح‌شده با آلومينيوم كلريد (Fe₃O₄@SiO₂@AlCl₃) با قابليت جداسازي مغناطيسي و استفاده مجدد، سنتز و در واكنش توليد رزين نفتي به‌كار گرفته شد. در اين مرحله، واكنش پليمرشدن با استفاده از خوراك اصلاح‌شده (برش 35 تا 65 درجه سانتي‌گراد بنزين پيروليز) و تحت شرايط بهينه به‌دست‌آمده از مرحله قبل انجام شد. ويژگي‌ها و مشخصات نانوكاتاليست سنتزشده با استفاده از آناليزهايBET، DLS، EDAX، FESEM، FT-IR، ICP، TEM، TGA، VSM و XRD تعيين گرديد. علاوه بر اين، سينتيك واكنش پليمرشدن توليد رزين نفتي مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج نشان داد كه شرايط بهينه شامل دماي 20 درجه سانتي‌گراد، 13/1 درصد وزني كاتاليست و زمان ماند 86 دقيقه است كه در اين شرايط، حداكثر بازده، حداكثر نقطه نرمي و حداقل رنگ به‌ترتيب برابر با 5/22 درصد، 152 درجه سانتي‌گراد و 7/3 گاردنر به دست آمد. مقايسه عملكرد كاتاليست AlCl₃ و نانوكاتاليست Fe₃O₄@SiO₂@AlCl₃ نشان داد كه اگرچه وزن مولكولي و نقطه نرمي رزين تغيير محسوسي نداشتند، اما استفاده از نانوكاتاليست موجب افزايش قابل‌توجه بازده از 1/22 به 8/40 (تقريباً دو برابر) شد، درحالي‌كه رنگ رزين به‌طور متوسط حدود 5/1 واحد گاردنر افزايش يافت (از 4 به 4/5). علاوه‌براين، استفاده از خوراك اصلاح‌شده منجر به افزايش بازده، وزن مولكولي و نقطه نرمي و كاهش رنگ رزين گرديد كه نشان‌دهنده بهبود پايداري و كيفيت رزين توليدي است. بررسي قابليت استفاده مجدد نانوكاتاليست نشان داد كه بازده واكنش پليمرشدن پس از شش بار بازيابي و استفاده مجدد تنها حدود 7 درصد كاهش يافته است (از % 98 به % 91)، به‌طوري‌كه تغييرات قابل‌توجهي در پاسخ‌ها، به‌ويژه بازده، در طول اين شش چرخه مشاهده نشد. اين نتايج بيانگر فعاليت كاتاليستي بالا و پايداري مناسب نانوكاتاليست سنتزشده است. علاوه بر اين، مطالعه سينتيكي نشان داد كه اصلاح خوراك نقش مؤثري در بهبود فرايند توليد رزين نفتي دارد، به‌گونه‌اي كه ثابت سرعت واكنش از min-1 400/0 به min-1 0158/0 (حدود چهار برابر) افزايش يافت و درصد تبديل نهايي از 58 به 98 درصد (حدود 40 درصد) بيشتر شد. درنهايت، مقايسه روش ارائه‌شده در اين تحقيق با برخي روش‌هاي پيشين نشان داد كه انجام واكنش در شرايط بدون حلال، كاهش زمان واكنش و قابليت استفاده مجدد كاتاليست حداقل براي شش چرخه بدون افت محسوس فعاليت، ازجمله مزيت‌هاي برجسته اين پژوهش محسوب مي‌شود.

237635

فرايند

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان