توصيفگر ها :
Cu-LDHs , كاتاليست , اكسايش , فنول , واناديم , پرتودهي فراصوت
چكيده فارسي :
امروزه ساخت و استفاده از كاتاليست¬هاي ساخته شده از هيدروكسيدهاي دوتايي لايه¬اي يكي از موضوعات جذاب مرتبط با فرايندهاي شيميايي بخصوص در صنايع پتروشيمي است. در اين پژوهش كاتاليست¬هاي CuMgxyAl-LDHs حاوي نيترات ميان لايه¬اي با موفقيت سنتز شدند. در اين فرمول عموميxy عبارتست از نسبت اتمي (Cu:Mg) كه برابر با مقادير 14، 23، 32 و41 بود. روش استفاده شده در اين كار، هم رسوبي تحت پرتو فراصوت بود كه يك روش ساده، سريع و كم هزينه است. هيدروكسيدهاي دوتايي لايه¬اي در 6 نسبت مولي متفاوت Cu2+/Mg2+ سنتز شدند و سپس با استفاده از آناليزهاي FT-IR، XRD، TGA، ICP، جذب-واجذب نيتروژن ،TEM و FE-SEM مشخصات مربوطه تعيين شدند. نتايج نشان¬دهنده حضور مطلوب يون¬هاي نيترات و عدم وجود يون كربنات در فضاهاي ميان لايه¬اي بود. با توجه به نتايج آزمون¬هاي مشخصه¬يابي XRD و TGA، افزايش مقدار يون¬هاي مس، در هيدروكسيدهاي دوتايي لايه¬اي به صورت همزمان موجب كاهش بلوري شدن و افزايش پايداري گرمايي نمونه¬ها مي¬شود. همچنين نتايج ريخت شناسي انجام شده با استفاده از آناليزهاي FE-SEM و TEM نشان دهنده ساختار لايه¬اي و ورقه¬اي شكل ذره¬ها بود. با اين حال مشخصات سطحي LDHs¬ دوگانه كه تنها شامل آلومينيوم با يكي از عناصر منيزيم و مس است، بهتر از LDHs سه گانه بود. در ادامه پژوهش، اين كاتاليست همراه با هيدروژن پراكسيد به عنوان اكسيد كننده و آب به عنوان حلال در واكنش هيدروكسيل دار كردن فنول مورد استفاده قرار گرفت. نتايج نشان داد كه كاتاليست CuMg32Al-NO3 داراي بالاترين ميزان فعاليت كاتاليتيكي بود و اين كاتاليست در شرايط بهينه شده واكنش دماي 65 درجه سانتيگراد، نسبت فنول به اكسيد كننده برابر 2، نسبت فنول به كاتاليست برابر 100، و زمان واكنش 1 ساعت بيشترين فعاليت را داشت. اين شرايط فعاليت بهتر، بازده 56/24%، انتخاب پذيري 05/92% براي توليدكاتكول و هيدروكينون و نسبت CAT/HQ برابر 5/1 را باعث شد. از طرف ديگر كاتاليست CuMgAl-(V) با روش فراصوت- تبادل يوني با كاتاليست CuMg32Al-NO3 باموفقيت سنتز شد، وسپس با استفاده از روش¬هاي مشخصه يابي ذكرشده شناسايي شد. با مقايسه نمودارهاي FT-IR و XRD مربوط به اين كاتاليست با نمودارهاي مشابه كاتاليست CuMg32Al-NO3 ، وجود پيك¬هاي جديد مربوط به وجود يون¬هاي پلي اوكسو وانادات تاييد شد. از طرف ديگر پايداري گرمايي بيشتر و ويژگي¬هاي سطحي بهتر CuMgAl-(V) درمقايسه با CuMg32Al-NO3 ملاحظه شد. نتايج آزمايش اكسايش فنول در حضور كاتاليست CuMgAl-(V) نشان دادند كه بيشترين ميزان انتخاب پذيري (26/57%) مربوط به در صد تبديل 22/50% و بازده 75/28% در دماي 80 درجه سانتيگراد و استفاده از نسبت وزني فنول :كاتاليست مساوي 1:125، نسبت مولي فنول :H2O2 مساوي1:1 و زمان 6 ساعت بود.
چكيده انگليسي :
Today, fabrication and implementing layered double hydroxide (LDH) catalyst is one of the interesting research area related to the chemical processes especially in the petrochemical industries. Nitrate-intercalated CuMgxyAl-LDHs were successfully synthesized by co-precipitation method under ultrasonic irradiation as a fast, simple, and low- cost technique. The LDHs were synthesized with six different molar ratios of Cu2+/Mg2+ which were 14, 23, 32, and 41. All the synthesized LDHs were characterized by FT-IR, XRD, TGA, ICP, BET, TEM, and FE-SEM analyses. The results showed that the nitrate ions were well intercalated between the layers without any carbonate ions. According to the XRD and TGA results, increasing of Cu ions in the LDHs lowered the crystallization and improved the thermal stability of samples at the same time. The results of morphological studies carried out by FE-SEM and TEM analyses showed the morphological structure similar to lamellar structure and plate-like shape particles. However, the surface property of binary LDHs including Al and only one of Cu or Mg elements was better than ternary ones. Therefore, this catalyst was used for the phenol hydroxylation using H2O2 as the oxidant and water as the solvent. The results exhibited that the CuMg32Al-NO3- catalyst had the best catalytic activity, as well as it was found that the catalyst was active under mild reaction conditions such as the temperature of 65 °C, phenol: oxidant ratio of 2:1, phenol/catalyst equal to100, and reaction time of 1h. Thus, these conditions gave better activity with the conversion of 24.56%, the selectivity of 92.05% for catechol and hydroquinone production, and CAT/HQ ratio of 1.5. Furthermore, CuMgAl-(V) catalyst was successfully synthesized by ultrasound-ion exchange method with CuMg32Al-NO3 catalyst, and then identified using the mentioned characterization methods. By comparing the FT-IR and XRD diagrams of this catalyst with similar diagrams of the CuMg32Al-NO3 catalyst, the presence of new peaks related to the presence of polyoxo vanadate ions was confirmed. On the other hand, higher thermal stability and better surface properties of CuMgAl-(V) were observed compared to CuMg32Al-NO3. The results of phenol oxidation test in the presence of CuMgAl-(V) catalyst showed that the highest selectivity (57.26%) was related to 50.22% conversion and 28.75% yield at 80 ° C and when the reaction was conducted with the weight ratio of phenol: catalyst = 1: 125, molar ratio of phenol: H2O2 = 1: 1, and reaction time of 6 hours.
