شماره راهنما :
1928 دكتري
پديد آورنده :
حسيني، فاطمه
عنوان :
بررسي نظري و تجربي سنتز تلوريم هگزافلوئوريد
گرايش تحصيلي :
شيمي معدني
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
سيزده، 106ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
حسن حدادزاده، جواد كريمي ثابت
استاد مشاور :
حسين فرّخ پور، محمّدرضا قاسمي
توصيفگر ها :
تلوريم هگزافلوئوريد , فلوئورداركردن , مكانيسم واكنش , ثابت سرعت , نظريهي تابعي چگالي (DFT)
استاد داور :
شهرام تنگستاني نژاد، فاطمه داور، كيومرث اسكندري، مجتبي باقرزاده
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/04/12
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/04/13
چكيده فارسي :
چكيده
در اين رساله، به مطالعه توليد تلوريم هگزافلوئوريد از طريق فلوئورداركردن تلوريم در فاز گازي در دو بخش تجربي و نظري پرداخته شدهاست. TeF6 يكي از رايج ترين تركيبهاي هگزافلوئوريد با كاربردهاي مهم صنعتي و قابل توجه است.
در پژوهش اول، توليد تلوريم هگزافلوئوريد از طريق فلوئورداركردن فلز تلوريم مورد برررسي قرار گرفتهاست. ابتدا، انواع روشهاي سنتز تلوريم هگزافلوئوريد با بررسي مقالات علمي و اختراعهاي ثبتشده بررسي شدند. پس از تحليل و بررسي انواع روشهاي سنتزي و انتخاب بهترين روش، فعاليتهاي آزمايشگاهي با همكاري شركت سوخت راكتورهاي هستهاي اصفهان (سوره) و پژوهشكدهي چرخهي سوخت پژوهشگاه علوم و فنون هستهاي (سازمان انرژي اتمي ايران) آغاز شد. توليد تلوريم هگزافلوئوريد از طريق فلوئورداركردن پودر تلوريم در يك سيستم آزمايشگاهي طراحي شده انجام شد. سپس، شرايط مناسب براي انجام واكنش توليد تلوريم هگزافلوئوريد مانند دما، فشار، زمان فلوئورداركردن، تاثير كاتاليست و مقدار مادهي واكنشگر مورد بررسي قرارگرفت. در مجموعهي اين آزمايشها؛ دماي C° 150، زمان فلوئورداركردن 75 دقيقه و فشار bar3 بهعنوان شرايط مناسب براي توليد TeF6 در راكتور بستر ثابت بهدست آمد. همچنين، با افزودن كاتاليست كلسيم فلوئوريد (CaF2) در اين واكنشها، ميزان واكنشپذيري پودر تلوريم با گاز فلوئور افزايش يافت كه ناشي از بازكردن منافذ موجود در پودر واكنشگر در راكتور و افزايش سطح تماس تلوريم با گاز فلوئور است. پس از انجام هر فرايند توليد تلوريم هگزافلوئوريد، شناسايي كيفي و كمي محصول توليدشده با استفاده از FT-IR و هيدروليز TeF6 در حضور KOH يا H2O و تعيين مقدار تلوريم با روش جذب اتمي انجام شد.
در پژوهش دوم، يك مطالعهي نظري (سينتيكي و ترموديناميكي) بر روي چند مسير مكانيسم واكنش تشكيل TeF6 در فاز گازي انجام شد (Te(s) + 3F2(g) TeF6(g)). مسير انرژي مطلوب با شكستن هموليتيك پيوند مولكول هاي F2 و تشكيل گونههاي [TeF]• و F•آغاز ميشود. از واكنش بين اين دو گونه، TeF2 به عنوان حدواسط تشكيل ميشود. با استفاده از F2(g) اضافي در واكنش و شكستن هتروليتيك پيوند F2 در حضور TeF2؛ گونههاي يوني از جمله +[TeF3] وF- تشكيل ميشوند كه با يكديگر واكنش داده و TeF4 توليد ميشود. از واكنش TeF4 با F2، TeF6 تشكيل ميشود. در اين پژوهش؛ ساختارهاي بهينهي واكنشدهندهها (REs)، حالتهاي گذار (TSs)، تركيبهاي حدواسط (IMs) و فرآوردهها (PRs) براي هر مسير تعيين شدند. در فرايند توليد تلوريم هگزافلوئوريد، واكنش[TeF3]+ با گاز F2، كندترين مرحلهي واكنش است (k= 15.71 × 10-33 m3/mol.s) و بهعنوان مرحلهي تعيينكنندهي سرعت انتخاب ميشود. همچنين در اين پژوهش، تاثير دما روي سرعت واكنشهاي بهدستآمده در مكانيسم توليد TeF6 بررسي شد. با افزايش دماي واكنش از 25 به 150 درجهي سانتيگراد، سرعت واكنش بهطور چشمگيري افزايش يافت.تمام محاسبهها با استفاده از نظريهي تابعي چگالي (DFT) انجام شد.
چكيده انگليسي :
Abstract
In this research, the production of tellurium hexafluoride through the fluorination reaction of tellurium by fluorine in the gas phase was investigated in two sections experimental and theoretical. TeF6 is one of the most prevalent hexafluoride compounds with important industrial and significant applications.
In the first study, the production of hexafluoride tellurium by the fluoridation reaction of tellurium metal was investigated. The comprehensive studies were performed on the various synthesis methods of tellurium hexafluoride through the review of scientific articles and patents. After analyzing various synthetic methods and selecting the best method, the laboratory activities were started in cooperation with Isfahan Nuclear Fuel Company (Sooreh) and the Fuel Cycle Research Institute of the Nuclear Science and Technology Research Institute (Atomic Energy Organization of Iran). The production of tellurium hexafluoride was performed by fluorination of tellurium powder in a designed laboratory system. Then, suitable conditions for the production reaction of tellurium hexafluoride such as temperature, pressure, time of fluorination, catalyst effect and amount of reactant were investigated. In these experiments; a temperature of 150 °C, time of fluorination 75 min, and pressure of 3 bar were obtained as suitable conditions for the production of TeF in a fixed bed reactor. Also, with the addition of calcium fluoride catalyst (CaF2) in these reactions; the reactivity of tellurium powder with fluorine gas increased, which is due to the opening of pores in the reactant powder in the reactor vessel and increasing the contact area of tellurium with fluorine gas. After each production of tellurium hexafluoride; qualitative and quantitative identifications of the product were performed using FT-IR spectroscopy and hydrolysis of the TeF6 in the presence of KOH or H2O and determination of Te by atomic absorption.
In the second study, a theoretical study (kinetic and thermodynamic) was conducted on several proposed reaction mechanism pathways associated with the formation of TeF6 in gas phase (Te(s) + 3F2(g) TeF6(g)). The favorable energetic pathway is initiated by the homolytic breaking of the bond of F2 molecules and the formation of [TeF]• and F• species. The reaction between these two species leads to TeF2 as an intermediate. Utilizing excess F2 (g) in the reaction, the heterolytic cleavage of F2 bond in the presence of TeF2 leads to the formation of ionic species including [TeF3]+ and F-, which react with each other to produce TeF4. The reaction of TeF4 with excess F2 (g) leads to the formation of TeF6. The optimized structures of the reactants (REs), transition states (TSs), intermediates (IMs), and products (PRs) were determined for each pathway. In the production of tellurium hexafluoride process, the reaction [TeF3]+ with F2 gas is the slowest reaction step (k = 15.71 × 10-33 m3/mol.s) and it is selected as the rate-determining step. Also in this study, the effect of temperature on the speed of the obtained reactions in the production mechanism of TeF6 was investigated. As the reaction temperature increased from 25 to 150 °C, the reaction rate increased significantly. All calculations were performed at the density functional theory (DFT) employing the M06-2X functional.
استاد راهنما :
حسن حدادزاده، جواد كريمي ثابت
استاد مشاور :
حسين فرّخ پور، محمّدرضا قاسمي
استاد داور :
شهرام تنگستاني نژاد، فاطمه داور، كيومرث اسكندري، مجتبي باقرزاده