پایان نامه سنتز و خصوصیت سنجی نانو شیت های اصلاح شده زئولیت با استفاده از روش های اسپکتروسکوپی و شیمی سنجی

فهرست:

چکیده ...............................................................................................................1

مقدمه ................................................................................................................2

فصل اول مروری بر منابع

نانو مواد ..........................................................................................................5

انواع نانو مواد. ........................................................................................6

-2-1 نانو ذرات  ............................................................................................................................6

1-2-2- مواد نانو متخلخل ...............................................................................................................6

1-2-2-1-دسته بندی مواد نانو متخلخل بر اساس اندازه حفره ...........................................................7

1-2-2-2-نوع تخلخل ....................................................................................................................8

1-2-3- نانو بلورها ..........................................................................................................................9

1-2-4- نانو حفره ها .......................................................................................................................9

1-3- روش های تولید نانو ذرات .................................................................10

1-3-1- سل ژل.............................................................................................................................10

1-3-2- فرایندهای شیمیایی مرطوب..............................................................................................11

1-3-3- فرایند هیدرو ترمال ......................................................................................................... 12         

1-3-4- سنتز به روش محلول شفاف .............................................................................................13

1-3-5-سنتز به روش بازدارنده ی رشد..........................................................................................14

1-3-6-سنتز به روش فضای محبوس ............................................................................................14

1-3-7-سنتز به روش میکرو امولسیون...........................................................................................15

1-4 زئولیت ................................................................................................16

1-4-1-زئولیت طبیعی...................................................................................................................17

1-4-2- زئولیت مصنوعی .............................................................................................................17

1-4-3- ساختار زئولیت ................................................................................................................18

1-5- زئولیت ZSM-5..................................................................................19

1-5-1- عوامل موثر بر تبلور زئولیت ZSM-5................................................................................21

1-5-1-1-نسبت سیلیس به الومینیوم در ژل....................................................................................22

1-5-1-2- نسبت تمپلت به سیلیس در ژل......................................................................................23

1-5-1-3-نسبت آب به سیلیس در ژل...........................................................................................24

1-5-1-4-نسبت فلز به سیلیس در ژل.............................................................................................24

1-5-1-5- نسبت هیدروکسی به سیلیس در ژل...............................................................................25

1-5-1-6 منبع سیلیس ...................................................................................................................25

1-5-2- تاثیر پارامترهای مختلف بر مورفولوژی زئولیت...................................................................26

1-5-3-سنتز ZSM-5  در حضور آمین ..........................................................................................26

1-5-4- سنتز زئولیت ZSM-5 در حضور الکل .............................................................................27

1-6-طیف بینی جذب مادون قرمز ...............................................................28

1-6-1- ناحیه مادون قرمز .............................................................................................................29

1-6-2- طیف بینی مادون قرمز تبدیل فوریه....................................................................................31

1-6-3- نمونه گذاری در طیف سنجی مادون قرمز.........................................................................32

-7- طیف سنجی انعکاسی  پخشی...............................................................33

1-8- طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته NMR.......................................34

1-8-1- طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای تبدیل فوریه تپشی ..............................................37

1-8-2- قاعده شکاف اسپین- اسپین...............................................................................................37

1-8-2-1- هسته کربن -13 .........................................................................................................38

1-8-2-2- تغییرات مکانی کربن -13...........................................................................................38

1-9 شیمی سنجی ......................................................................................39

1-9-1- طراحی ازمایش...............................................................................................................40

1-9-1-1- تعریف فرایند .............................................................................................................40

1-9-1-2- غربال کردن................................................................................................................40

1-9-1-3- انواعی از روش های طراحی فاکتورها ........................................................................41

1-9-1-4- بهینه سازی..................................................................................................................41

1-9-1-5- کاهش زمان بری......................................................................................................... 41

1-9-1-6- مدل سازی کمی ..........................................................................................................42

1-9-1-7-روش سطح پاسخ..........................................................................................................42

1-9-2- پردازش های چند متغیره....................................................................................................43

1-9-2-1- آنالیز فاکتوری............................................................................................................. 44

1-9-2-2- آنالیز فاکتوری تکاملی (EFA) .....................................................................................44

1-9-2-3- روش های انالیز نرم.......................................................................................................45

1-9-2-4- تکنیک منحنی چند متغیره –حداقل مربعات متناوب MCR-ALS..................................45

1-9-2-5- الگوریتم اجرای تکنیک MCR-ALS...........................................................................47

فصل دوم : بخش تجربی

2-1 مواد مورد استفاده .........................................................................................49

-1-1- مواد مورد استفاده برای سنتز سورفکتنت متقارن و نامتقارن.................................................49

2-1-2- مواد مورد استفاده برای سنتز نانو شیت زئولیت ZSM-5....................................................49

2-1-3- مواد مورد استفاده برای اصلاح نانو شیت زئولیت با نافلزی نظیر فسفر ................................50

2-3-نرم افزارها .........................................................................................................................................51

2-4- سنتز سورفکتنت نامتقارن..............................................................................52

2-5- سنتز سورفکتنت متقارن...........................................................................................53

2--6 سنتز نانو شیت ZSM-5.................................................................................54

2-7- اصلاح نانوشیت ZSM-5 با فسفر ...................................................................58

2-8- روش های خصوصیت سنجی نانو شیت های سنتز شده ................................61

2-8-1-تجزیه و تحلیل به وسیله پراش پرتو -X.............................................................................61

2-8 -2-میکروسکوپ الکترونی روبشی .......................................................................................62

2-8-3- میکروسکوپ الکترونی عبوری........................................................................................63

2-8-4- انالیز ساختارتخلخل ها و اندازه گیری مساحت سطح از طریق جذب گاز N2 ...................64

2-8-5-خصوصیت سنجی با طیف سنجی مادون قرمز ...................................................................64

فصل سوم : نتایج و بحث

3-1- نتایج CNMR13 سورفکتنت های سنتز شده ............................................65

3-2- نتایج انالیز XRD وSEM برای نانو شیت سنتز شده با سورفکتنت متقارن و نامتقارن...................69

3-3- نتایج خصوصیت سنجی نانو شیت زئولیت با میکروسکوپ الکترونی روبشی ...........................71

3-4 نتایج خصوصیت سنجی نانو شیت زئولیت با میکروسکوپ الکترونی عبوری ..............................76

3-5 نتایج خصوصیت سنجی با پراش پرتو -X.............................................................................77

3-6- نتایج طراحی آزمایش .......................................................................................................82

3-6-1- آنالیز واریانس ...........................................................................................................................82

3-6-2- نمودار پارتو ..............................................................................................................................83

3-6-3- تاثیر فاکتورهای اصلی ...............................................................................................................84

3-6-4- ضریب رگرسیون بر اورد شده  ..................................................................................................85

3-6-5- پاسخ بهینه ..................................................................................................................................87

-7- نتایج انالیز نانو شیت سنتز شده با شرایط بهینه ............................................................92

3-8- نتایج جذب فسفر .....................................................................................................95

3-9- استفاده از طیف سنجی IR و روش تفکیک منحنی چند متغیره با کمترین مربعات تناوبی برای تحلیل روند سنتز نانو شیت زئولت ZSM-5................................................................96

3-10-نتیجه گیری ...........................................................................................................100

3-11-پیشنهادها ...............................................................................................................101

فهرست منابع و ماخذ.................................................................................................................................

منبع:

[1]-GQ. Lu, X. S. Zhao, (2004),"Nanoporous materials: Science and Engineering", UK: Imperial College Press.

[2]-Sebastian Polarz, B. Smarsly, (2002) "Nanoporous materials", Journal of Nanoscience and Nanotechnology 581-612.

3- علی مرسلی (1389) نانو شیمی ابر مولکول ها،انتشارات دانشگاه تربیت مدرس                      

[4] M. Zrinyi and Z. D. Horvolgyi, MK Egyesülete,(2004). From Colloids to Nanotechnology,Springer.

[5] C. Leiggener, A. Currao, et al. (2008). Zeolite A and ZK-4. Material Synthesis: A

Practical Guide. Ulrich Schubert, Nicola Husing and Richard Laine, Springer

Wien NewYork.

[6] S. Manafi and S. Joughehdoust (2008). Production of Zeolite Using Different

Methods. Iran International Zeolite Conference. Amir Kabir University of Tech-

Tehran-Iran

.

[7] C. S. Cundy and P. A. Cox, (2005). "The Hydrothermal Synthesis of Zeolites:

Precursors, Intermediates and Reaction Mechanism: A Review." Microporous

And Mesoporous Materials 82: 1-78.

[8] D. R. Corbin, A. J. Sacco, et al. (2006). Process for the Production of Nano-Sized

Zeolite A. USA.

[9] S. A. Binti Ibrahim (2007). Synthesis and Characterization of Zeolites From

Sodium Aluminosilicate Solution. School of Material and Mineral Resources

Engineering

[10] L. Tosheva and V. P. Valtchev (2005). "Nanozeolites: Synthesis, Crystallization

Mechanism, and Applications." Chem. Mater 17: 2494-2513.

[11] N. Esmaeili, H. Kazemian, Bastani, Dariush. (2011). "Synthesis of nano particles of LTA zeolite by means of microemulsion technique: A mini review:  1021-9986.

[12] Grieten. R.V, Sotelo. J.L, Menendez. J.M, Melero. J.A, (2000) “Anomalous crystallization mechanism in the synthesis of nano crystalline ZSM-7”, Microporous and Mesoporous materials, 39, 135-147

[13] M, Thomas, B. (2001,)“Nanosized zeolite filmes for vapor-sensing applications”, Microporous and Mesoporous materials, 50, 159-166

[14] Junfeng Bai, Alexander V. Virovets, Manfred Scheer, (2005) “Synthesis of inorganic material”, Vol. 300 no. 5620 pp. 781-783

[15] X. Zhang, D. Liu, D. Xu, S. Asahina, K. A. Cychosz, K. V. Agrawal, Y. A Wahedi, A. Bhan, S. A. Hashimi, O. Terasaki, M. Thommes, M. Tsapatsis,( 2012) "Synthesis of self-pillared zeolite nanosheets by repetitive branching" Science 2012, 336, 1684 –1687;

 [16] M. Choi, K. Na, J. Kim, Y. Sakamoto, O. Terasaki, R. Ryoo, Nature,( 2009)," Stable single-unit-cell nanosheets of zeolite MFI as active and long-lived catalysts" 461, 246– 260

 [17] Sandra L. Burkett and Mark E. Davis, Received December 5, (1994), Revised Manuscript Received March 13, (1994)," Mechanisms of structure direction in the synthesis of pure-silica zeolites. 1. Synthesis of TPA/Si-ZSM-5" 920–928

[18]  By Ruren Xu, Wenqin Pang, Jihong Yu, Qisheng Huo, Jiesheng Chen,(2007)," Chemistry of Zeolites and Related Porous Materials: Synthesis and Structure".

[19] D.M.Bibby , N.B . Milestone and L.P Aldridge , (1980)," NH4+-tetraalkyl ammonium systems in the synthesis of zeolites" 30-31.

[20] N.Y.Chen , J.N. Miale and W.J.Reagan ,(1978)," Preparation of zeolites" 41-47

[21] Jo˝rg Ka˝rger, Harry Pfeifer, Ju˝rgen Caro, Martin Bu˝low, Ju˝rgen Richter-Mendau, Barbara Fahlke, Lovat V.C. Rees,(1986)," Comparison of molecular transport in ZSM-5 crystals of different habit"187-198.

 [22]Gabelica , N . Blom and E.G. Derouane , (1983)," Synthesis and characterization of zsm-5 type zeolites: III. A critical evaluation of the role of alkali and ammonium cations" 227-248.

[23] Eric G. Derouanea, 1, Serge Determmeriea, Zelimir Gabelica, Niels Blomb(1981)," Synthesis and characterization of ZSM-5 type zeolites I. physico-chemical properties of precursors and intermediates "201-224.

 [24]D.M.Bibby, N.B. Milestone and L.P Aldridge, (1980)," Preliminary studies on the synthesis of alkaline-free large crystals of ZSM-5" 154-158.

[25] l.D.Rallmann and E.W,(1995)," Bromides in zeolite synthesis / zeolites in bromide synthesis and conversion " 202-216.

[26] Rosario Aiello1, Fortunato Crea1, Alfonso Nastro1, Boris Subotić2, , Flaviano Testa1,(1991)," Influence of cations on the physicochemical and structural properties of aluminosilicate gel precursors. Part 1. Chemical and thermal properties"767-775.

[27]D.M.Bibby,N.B.Milestone and L.P Aldridge,Nature(2001)," Coke formation in zeolite ZSM-5"493-502.

[28] Nilam L. Chauhan1, Jagannath Das2,*, Raksh V. Jasra2, Z. V. P. Murthy1 and Parimal A. Parikh,(2012)," Synthesis of zeolite ZSM-5: Effect of emulsifiers"746-753.

 [29] Barrie M. Lowe, Douglas M. Sinclair,(1990) ," Direct measurements of the crystal growth rate and nucleation behaviour of silicalite, a zeolitic silica polymorph" 189-202.

[30] Moussa Zaaroura, Biao Donga, Izabela Naydenovab, Richard Retouxc, Svetlana Mintova, (2014)," Progress in zeolite synthesis promotes advanced applications"11-21.

[31] D. A. Skoog, F. J. Holler, et al. (1998). Principles of Instrumental Analysis,

Nashre Daneshgahi

[32] T Nicolet, N Thermo - Therma Nicolet Corporation, (2001) "Introduction to Fourier Transform Infrared Spectrometry. Thermo Nicolet Corporation Catalog".

[33] D. A. Skoog, F. J. Holler, et al. (2001)," Application of a Teflon™ dynamic flux chamber for quantifying soil mercury flux: tests and results over background soil"873-882.

 [34] T. Armaroli, T. Bécue, et al. (2004). "Diffuse reflection infrared spectroscopy

(DRIFTS): Application to the in situ analysis of catalysts." Oil & Gas Science

And Technology "215-237.

[35] G. Li (2005). FT-IR Studies Of Zeolite Materials: Characterization And

Environmental Applications. Chemistry Department, University of Iowa. Ph.D

Thesis.

[36]Jian Liu, Chenxi Zhang, Zhenhao Shen, Weiming Hua, Yi Tang, Wei Shen, Yinghong Yue *, Hualong Xu*.Catalysis Communications,(2009)," Methanol to propylene: Effect of phosphorus on a high silica HZSM-5 catalyst" 1506–1509.

[37] S. M. Auerbach, K. A. Carrado, “handbook of zeolites sience and technology”, INC, 9990, chap 1

[38] Grieten. R.V, Sotelo. J.L, Menendez. J.M, Melero. J.A,( 2000), “Anomalous crystallization mechanism in the synthesis of nano crystalline ZSM-7”, Microporous and Mesoporous materials"135-147.

[39] Amit Kumar Bansiwal, Sadhana Suresh Rayalu, Nitin Kumar Labhasetwar, Asha Ashok Juwarkar, and Sukumar Devotta,(2006), "Surfactant-Modified Zeolite as a Slow Release Fertilizer for Phosphorus" 4773–4779.