چكيده فارسي :
دي¬بنزوتيوفن يكي از تركيبات گوگرددار موجود در گازوئيل است. اين آلاينده با ورود به هوا مي¬تواند موجب خسارت¬هاي جاني، مالي و زيست‌محيطي فراواني شود. از اين رو طي ساليان اخير از طرف انجمن¬هاي محيط¬زيستي محدوديت‌هاي بسيار زيادي براي ميزان ورود اين آلاينده به اتمسفر تعيين شده است. در اين راستا هدف از انجام اين پژوهش گوگردزدايي عميق از گازوئيل تجاري حاوي ppm 200 گوگرد به كمتر از ppm 50 (استاندارد يورو) به روش جذبي و مكمل فرايند گوگردزدايي هيدروژني مي¬باشد. بررسي جذب اين آلاينده با استفاده از دسته¬اي از چارچوب¬هاي آلي¬- فلزي به نام چارچوب ايميدازولي زئوليتي-8 (ZIF-8) صورت گرفت. همچنين با نشاندن نانوذرات ZIF-8 برروي ذرات اكسيد آهن Fe3O4 و تثبيت مايع يوني 1-(2-هيدروكسي اتيل)-3-متيل ايميدازوليوم ديسياناميد[HEMIm][DCA]) بر روي سطح ZIF-8 و تشكيل ساختار Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA] نانوجاذب مغناطيسي جديدي براي حذف دي¬بنزوتيوفن از گازوئيل سنتز شد. سنتز جاذب¬ها در دماي محيط و فشار اتمسفر انجام شد و عملكرد آن¬ها در گوگردزدايي با يكديگر مقايسه گرديد. مقادير گوگرد موجود در گازوئيل با روش ASTM D5453 اندازه¬گيري شد. مورفولوژي و خصوصيات نانوجاذب¬هاي سنتزشده توسط روش¬هاي پراش اشعه ايكس(XRD)، ميكروسكوپ الكتروني(FE-SEM)، طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه(FTIR)، آناليز اندازه¬گيري سطح ويژه(BET) و آناليز پايداري حرارتي(TGA) بررسي شد. با انجام آزمون BET، ميزان سطح ويژه هر يك از جاذب¬هاي ZIF-8 و Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA] به ترتيب 7/1749 و m2/g08/803 جاذب تعيين شد. نتايج حاصل از آناليز FE-SEM گواه از عدم تجمع و اندازه متوسط ذرات به ترتيب nm88 و nm38 براي ZIF-8 و Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA] بوده است. پارامترهاي تاثيرگذار تعيين شده بر روي ميزان جذب دي¬بنزوتيوفن شامل ميزان جرم جاذب، دما و زمان اختلاط براي هر جاذب در نظر گرفته شد. در كار حاضر از يك بشر شيشه¬اي آزمايشگاهي به عنوان مكان انجام واكنش و از دستگاه اولتراسونيك به عنوان محيطي جهت ايجاد اختلاط مناسب، تنظيم و كنترل‌هاي دمايي و زمان استفاده شد. با استفاده از طراحي آزمايش(بهره¬گيري از روش سطح پاسخ و طراحي مركب مركزي)در نرم¬افزار Design Expert، شرايط هر يك از آزمايش¬ها براي صرفه¬جويي در زمان و هزينه تعيين شد. نتايج آزمايش¬هاي صورت گرفته نشان دادند تثبيت مايع يوني بر روي سطح ZIF-8 باعث بهبود قابل توجه بازده كاهش گوگرد و رسيدن به استاندارد يورو4 شد. در اين ميان، ميزان جاذب با بيشترين سهم اثرگذاري مهمترين پارامتر براي ميزان جذب آلاينده تشخيص داده شد. در شرايط بهينه (مقدار g55/0 جاذب، دماي ℃5/129 و زمان اختلاط min225) مشخص شد نانوجاذب Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA] قابليت كاهش گوگرد به ميزان ppm 41 با انحراف استاندارد 4082/0 معادل حذف % 5/79 از گوگرد موجود در گازوئيل داراست. در همين شرايط با استفاده از چارچوب آلي- فلزي ZIF-8 مقدار گوگرد به ppm 103 معادل بازده % 5/48 با انحراف استاندارد 3265/0 كاهش پيدا كرد. در ادامه آزمايش¬هاي ناپيوسته تاثيرگذاري مقدار جرم جاذب ، زمان واكنش، نوع و سرعت چرخش همزن(نحوه اختلاط) بررسي شدند. نتايج نشان داد كه افزايش دوز جاذب و افزايش زمان اختلاط باعث بهبود ميزان جذب و راندمان گوگردزدايي مي¬شود. همچنين با انجام آزمايش‌هايي مشخص شد در فرايند اختلاط جاذب و جذب¬شونده، دستگاه اولتراسونيك درمقايسه با همزن مغناطيسي عملكرد بهتري در گوگردزدايي داشت. در نهايت بازيابي نانوجاذب استفاده شده از طريق اعمال ميدان مغناطيسي و شستشو با حلال در حضور گاز نيتروژن صورت گرفت و مشخص شد تا 4 مرتبه قابليت استفاده مجدد را دارد.
چكيده انگليسي :
Dibenzothiophene is one of the sulfur compounds found in diesel. When this pollutant enters the air, it can cause a lot of environmental damages. Therefore, in recent years, environmental associations have set many limits for the amount of this pollutant entering the atmosphere. In this regard, the purpose of this research is deep desulfurization of commercial diesel containing 200 ppm of sulfur to less than 50 ppm (Euro standard) by adsorption method and complementary to the hydrogen desulfurization process. The adsorption of this pollutant was investigated using a group of metal organic frameworks called zeolite imidazole framework-8 (ZIF-8). Also, by encapsulating Fe3O4 iron oxide in ZIF-8 nanoparticles and stabilizing the ionic liquid 1-(2-hydroxyethyl)-3-methylimidazolium dicyanamide [HEMIm][DCA]) on the surface of ZIF-8 and forming the structure of Fe3O4@ZIF- 8@[HEMIm][DCA] a new magnetic nanosorbent was synthesized. Adsorbents were synthesized at ambient condition and their performance in desulfurization was compared. Sulfur content in diesel was measured by ASTM D5453 method. Morphology and characteristics of synthesized nano adsorbents was investigated by XRD, FE-SEM, FTIR, BET and TGA. By performing the BET test, the specific surface area of each ZIF-8 and Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA] adsorbents were determined as 1749.7 and 803.808 m2/g respectively. The results of FE-SEM analysis proved the absence of aggregation and the average size of the particles was 88 nm and 38 nm respectively for ZIF-8 and Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA]. The effective parameters determined on the adsorption rate of dibenzothiophene including the amount of adsorbent mass, temperature and mixing time were considered for each adsorbent. In the present work, a laboratory glass beaker was used as a place for the reaction and an ultrasonic device was used as an environment for proper mixing, regulation and temperature and time controls. By using design experiment (using the response surface method and central composite design) in Design Expert software, the conditions of each experiment were determined. The results showed that the stabilization of the ionic liquid on the surface of ZIF-8 significantly improved the sulfur reduction efficiency and reached the Euro 4 standard. In the meantime, the amount of adsorbent was found to be the most important parameter for adsorption. In optimal conditions (adsorbent 0.55 g, temperature 129.5 ℃ and mixing time 225 min), it was determined that Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA] can reduce sulfur by 41 ppm with a standard deviation of 0.4082, equivalent to removal It has 79.5% of the sulfur in diesel. In the same conditions, by using ZIF-8, the amount of sulfur decreased to 103 ppm, equivalent to 48.5% efficiency with a standard deviation of 0.3265. Moreover, the effect of the amount of adsorbent mass, reaction time, type and rotation speed of the stirrer (mixing method) were investigated. The results showed that increasing the adsorbent dose and increasing the mixing time improve the adsorption rate and desulfurization efficiency. Also, it was found that the ultrasonic device performed better in desulfurization compared to the magnetic stirrer. Finally, the recovery of the used adsorbent was done by applying a magnetic field and washing with a solvent in the presence of nitrogen gas, and it was found that it can be recycled to 4 times.
