• شماره مدرك
    21175
  • شماره راهنما
    2502 دكتري
  • پديد آورنده

    اسماعيلي چرمهيني، مرضيه

  • عنوان

    اصلاح سطح بسترهاي كربني به‌منظور حذف فلزات سنگين و ذخيره‌سازي انرژي و بررسي نظري توليد هيدروژن از متيل سيكلوهگزان

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • گرايش تحصيلي
    آلي
  • محل تحصيل
    اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
  • سال دفاع
    1404
  • صفحه شمار
    چهارده، 128 ص.: مصور، جدول، نمودار
  • توصيفگر ها

    نانولوله‌هاي كربني , پلي دوپامين , جاذب مغناطيسي , فلزات سنگين , نمد فيبر كربني , چارچوب فلز - آلي , ابرخازن هيبريدي , حامل هيدروژن آلي مايع , نظريه تابع چگالي , متيل سيكلوهگزان

  • تاريخ ورود اطلاعات
    1405/04/28
  • كتابنامه
    كتابنامه
  • رشته تحصيلي
    شيمي
  • دانشكده
    شيمي
  • تاريخ ويرايش اطلاعات
    1405/04/29
  • كد ايرانداك
    23235972
  • چكيده فارسي
    اين رساله دكتري، بر روي راهكارهاي علمي و پايدار براي مواجهه با چالش‌هاي كليدي محيط‌زيست و انرژي جهاني، بر مهندسي مولكولي و سطحي تركيبات و بسترهاي كربني/آلي پيشرفته تمركز دارد. پژوهش اول، تهيه يك جاذب مغناطيسي باقابليت استفاده مجدد از طريق عامل‌دار كردن دوپامين با اتيلن‌دي‌آمين‌تترااستيك انيدريد و پليمريزاسيون آن بر سطح نانولوله‌هاي كربني مغناطيسي (EDTA@PD-CNT/Fe3O4) را نشان مي‌دهد. جاذب سنتز شده با استفاده از تكنيك‌هاي XRD، FT-IR، پتانسيل زتا، FE-SEM، EDS، BET، TGA، DTA و VSM مورد بررسي قرار گرفت. جاذب سنتز شده براي حذف يون‌هاي سرب و كادميوم از محلول آبي مورداستفاده قرار گرفت. فرايند جذب از طريق بهينه‌سازي پارامترهاي كليدي نظير pH، مقدار جاذب، زمان تماس و غلظت يون بهبود يافت. براي هر دو يون، داده‌هاي ترموديناميكي فرايندها و سينتيك جذب بررسي شد. بررسي داده‌هاي تجربي نشان داد كه ايزوترم لانگموير مناسب‌ترين مدل است و بررسي سينتيك جذب، مطابقت با معادله شبه‌مرتبه دوم را آشكار ساخت. بر اساس داده‌هاي ترموديناميكي، فرايند جذب توسط جاذب EDTA@PD-CNT/Fe3O4 خودبه‌خودي و گرماگير است؛ همچنين، بالاترين ظرفيت‌هاي جذب براي Cd2+ و Pb2+ به ترتيب 45/204 و 48/376 ميلي‌گرم بر گرم گزارش شد. در پروژه دوم ابتدا با استفاده از KOH و روش حكاكي شيميايي مساحت سطح ويژه نمد فيبر كربني (CF) از حدود 2 سانتي متر مربع بر گرم به 675 سانتي متر مربع بر گرم افزايش داده شد. سپس با استفاده از روش هيدروترمال و به صورت همزماني MIL(101)-Fe-NH2 (چارچوب فلز - آلي مبتني بر آهن) روي سطح نمد فيبر كربني فعال شده (ACF) سنتز شد. الكترود سنتز شده با استفاده از تكنيك‌هاي XRD، FT-IR، FE-SEM، EDS، BET، TGA، DTA و رامان مورد بررسي قرار گرفت. عملكرد الكترود ACF@MIL-NH2 به‌عنوان الكترود كار در يك سيستم سه‌الكترودي با استفاده از تكنيك‌هاي الكتروشيميايي شامل ولتامتري چرخه‌اي (CV) و شارژ/دشارژ گالوانواستاتيك (GCD)، بررسي شد. در اين سيستم، از كالومل به عنوان الكترود مرجع، پلاتين به عنوان الكترود كمكي و از محلول آبي پتاسيم هيدروكسيد (1 مولار) به عنوان الكتروليت استفاده شد. نتايج اوليه نشان داد كه اين الكترود ظرفيت خازني تا06/3 فاراد بر سانتي‌متر مكعب را در چگالي جريان 7/0 ميلي‌آمپر بر سانتي‌متر مكعب و در الكتروليت آبي پتاسيم هيدروكسيد 1 مولار ارائه مي‌دهد. حامل‌هاي هيدروژن آلي مايع (LOHCs) سيستم‌هاي نويدبخشي براي ذخيره‌سازي هيدروژن به شمار مي‌روند و متيل سيكلوهگزان (MCH) به دليل محتواي بالاي هيدروژن معمولاً به‌عنوان مدل استفاده مي‌شود. پژوهش سوم با استفاده از نظريه تابعي چگالي (DFT)، به بررسي تأثير دو گروه عاملي -NH2 و -NO2 در موقعيت 4 متيل سيكلوهگزان در واكنش هيدروژن‌زدايي اين تركيب روي خوشه Pt13 تمركز دارد. نتايج اين بررسي، مطلوبيت بهبود يافته‌اي را براي هر دو تركيب 4-متيل سيكلوهگزيل آمين (MCA) و 1-متيل-4-نيترو سيكلوهگزان (MNC) نسبت به MCH از نظر ترموديناميكي نشان داد و روندهاي مشابهي براي تغييرات آنتالپي مشاهده شد. با اين حال، تجزيه و تحليل سينتيكي، انرژي‌هاي فعال‌سازي (Eₐ) بالاتري را براي MCA و MCH نسبت به MNC نشان داد كه به اثرات الكترونيكي و تغيير پيكربندي‌هاي جذب نسبت داده مي‌شود و در نتيجه سرعت واكنش كندتر است. بررسي مختصات واكنش، مرحله دوم را به عنوان مرحله تعيين‌كننده سرعت براي MCH و MCA شناسايي كرد، در حالي كه مرحله سوم براي MNC به عنوان مرحله تعيين‌كننده سرعت انتخاب شد.
  • چكيده انگليسي
    This doctoral dissertation, with the aim of providing scientific an‎d sustainable solutions to address key global environmental an‎d energy challenges, focuses on the molecular an‎d surface engineering of advanced carbon/organic compounds an‎d substrates. The first study demonstrates the preparation of a reusable magnetic adsorbent through dopamine functionalization with ethylenediaminetetraacetic anhydride an‎d its polymerization on the surface of magnetic carbon nanotubes (EDTA@PD-CNT/Fe3O4). The synthesized adsorbent was characterized using XRD, FT-IR, zeta potential, FE-SEM, EDS, BET, TGA, DTA, an‎d VSM techniques. The adsorbent was employed for the removal of lead an‎d cadmium ions from aqueous solutions. The adsorption process was optimized by tuning key parameters such as pH, adsorbent dosage, contact time, an‎d initial ion concentration. Thermodynamic parameters an‎d adsorption kinetics were investigated for both ions. Experimental data analysis revealed that the Langmuir isotherm provided the best fit, while the adsorption kinetics followed a pseudo-second-order model. Thermodynamic data indicated that the adsorption process on EDTA@PD-CNT/Fe3O4 is spontaneous an‎d endothermic; the maximum adsorption capacities for Cd2+ an‎d Pb2+ were 204.45 mg/g an‎d 376.48 mg/g, respectively. In the second project, the specific surface area of carbon fiber felt (CF) was first increased from approximately 2 m2/g to 675 m2/g using KOH an‎d chemical etching. Subsequently, MIL-101(Fe)-NH2 was synthesized in situ on the activated carbon fiber felt (ACF) via a hydrothermal method without the use of binders. The synthesized electrode was characterized using XRD, FT-IR, FE-SEM, EDS, BET, TGA, DTA, an‎d Raman techniques. The performance of the ACF@MIL-NH2 electrode as the working electrode in a three-electrode system was eva‎luated using electrochemical techniques, including cyclic voltammetry (CV) an‎d galvanostatic charge/discharge (GCD). A calomel electrode served as the reference, platinum as the counter electrode, an‎d 1 M aqueous potassium hydroxide as the electrolyte. Preliminary results showed that this electrode delivers a volumetric capacitance of up to 2.79 F/cm3 in 1 M aqueous KOH electrolyte. Liquid organic hydrogen carriers (LOHCs) are promising systems for hydrogen storage, an‎d methylcyclohexane (MCH) is commonly used as a model compound due to its high hydrogen content. The third study, using density functional theory (DFT), investigates the effect of -NH2 an‎d -NO2 functional groups at the 4-position of methylcyclohexane on the dehydrogenation reaction over a Pt13 cluster. The results showed that thermodynamic analysis indicates improved favorability for both 4-methylcyclohexylamine (MCA) an‎d 1-methyl-4-nitrocyclohexane (MNC) compared to MCH, with similar trends observed for enthalpy changes. However, kinetic analysis revealed higher activation energies (Ea) for MCA an‎d MCH than for MNC, attributed to electronic effects an‎d changes in adsorption configurations, resulting in slower reaction rates. Reaction coordinate analysis identified the second step as the rate-determining step for MCH an‎d MCA, whereas the third step was rate-determining for MNC.
  • استاد راهنما
    عليرضا نجفي چرمهيني , مهران غياثي
  • استاد داور
    محمد ديناري , حسين فرخ پور , عباس رحمتي