Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Farrokhpour,Mehran Ghiaci
حسین فرخ پور (استاد مشاور) مهران غیاثی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Alireza Shahzeydi
علیرضا شاه زیدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Application of catalysts based on carbon derivatives for oxidation of cyclohexane, ethylbenzene and degradation of organic pollutants
In the first project, copper metallic nanoparticles were immobilized on the surface of the amorphous carbon nitride using the pulse laser ablation in liquid (PLAL) technique in different times of laser irradiation (denoted as Cu-time/a-C 3 N 4 ). The optimized catalyst (Cu-20min/a-C 3 N 4 ) showed 25.5% conversion of cyclohexane with 52.0% selectivity to adipic acid in the one-pot aerobic oxidation. Further, the Cu-40min/a-C 3 N 4 catalyst showed a significant photocatalytic activity in the presence of visible light irradiation for the oxidation of cyclohexane to the ketone-alcohol mixture (KA oil), such that there were 88% conversion and 95% selectivity to the KA oil mixture. In the second project reduction of environmental pollutants by NaBH 4 was studied at room temperature using a series of surface modified carbon fiber felts with Cu(x wt%, x = 1.5, 3.0, 5.0) nanoparticles buried in a nitrogen-doped carbon porous network. In the optimum conditions, Cu(1.5 wt%)/N-CF exhibited the highest rate constant, k = 0.045 s -1 and TOF = 23.7 h -1 , at room temperature for reducing 4-nitrophenol to 4-aminophenol. In the third project, the graphitic carbon nitride layers and ZnO nanoparticles were immobilized successfully on the surface of carbon felt fibers. The catalyst, referred to as ZnO/g-C 3 N 4 /CF, was prepared by the pyrolysis of carbon fiber felts containing different amounts of the melamine and ZnO nanoparticles at 550 °C for 4 h. The optimized catalyst showed 18.8% conversion of ethylbenzene with 99.9% selectivity to acetophenone in the one-pot aerobic oxidation. Also catalyst showed photocatalytic activity in the presence of visible light irradiation for degradation of MB in 40 minutes and Rh B in 60 minutes by hydrogen peroxide as an oxidant. Therefore, this novel composite could be an ideal platform for use as a sustainable heterogenous catalyst in many chemical processes and wastewater treatments.
استفاده از کاتالیست های ناهمگن در فرآیند های شیمیایی در راستای توسعه ی صنایع بر مبنای استفاده از مواد اولیه ارزان قیمت و در نهایت دستیابی به محصولی با ارزش افزوده بالا در سال های اخیر مورد توجه بسیاری بوده است. در پروژه اول با تولید نانوذرات فلزی مس به روش سایش لیزری در محلول و بارگذاری آن ها بر روی بستر کربن نیترید آمورف نانوکامپوزیت هایی ساخته شد (Cu-time/a-C 3 N 4 ) که علاوه بر داشتن فعالیت کاتالیستی بیشتر نسبت به بستر تنها، از خود فعالیت فوتوکاتالیستی بسیار مطلوبی را نشان دادند. در این پژوهش از سیکلوهگزان به عنوان ماده اولیه در دو واکنش اکسایش راکتوری و نوری به منظور دستیابی به محصولات با ارزش آدیپیک اسید و مخلوط KA Oil استفاده شد. مطابق با نتایج به دست آمده در این پژوهش سیکلوهگزان تحت اکسایش هوازی در فشار بالا و حضور کاتالیست Cu-20min/a-C 3 N 4 به میزان 5/25 درصد با گزینش پذیری 0/52 درصد به آدیپیک اسید تبدیل شد. همچنین فعالیت نوری کاتالیست های تهیه شده در حضور نور مرئی برای اکسایش سیکلوهگزان به مخلوط KA Oil مورد بررسی قرار گرفت. بررسی ها نشان داد کاتالیست تهیه شده بر مبنای 40 دقیقه تابش لیزر توانایی اکسایش سیکلوهگزان به میزان 88 درصد با گزینش پذیری 95 درصد نسبت به مخلوط KA Oil را داشته است. در پروژه دوم و سوم برای غلبه بر یکی از چالش های بزرگ استفاده از نانو کاتالیست های ناهمگن در صنعت، یعنی جداسازی آسان آن ها از مخلوط واکنش، نانو کاتالیستی بر پایه نمد های کربنی معرفی کردیم. روش های موجود برای جداسازی کاتالیست های ناهمگن از مخلوط واکنش غالباً هزینه بر بوده و نیاز به تجهیزات پیشرفته دارند، از طرفی جدا نکردن کامل این مواد باعث آلودگی محیط زیست می شود. بنابراین استفاده از بستر های ماکروسکوپیک می تواند راه حلی برای رفع این مشکل باشد. در پروژه دوم سعی بر آن شد که با قرار دادن شبکه های متخلخل کربنی دوپ شده با نیتروژن حاوی نانوذرات مس بر روی نمد های کربنی(Cu/N-CF)، کاتالیست ناهمگنی با خاصیت ماکروسکوپیک معرفی کنیم که در نهایت از آن برای واکنش کاهش پارا نیتروفنول به پارا آمینوفنول و همچنین کاهش رنگ های آلی استفاده گردید. نتایج به دست آمده نشان داد کاتالیست Cu(1.5 wt%)/N-CF توانایی کاهش آلاینده پارا نیتروفنول به پارا آمینوفنول را با ثابت سرعت 045/0 بر واحد ثانیه در حضور کاهنده سدیم بورهیدرید و دمای اتاق دارا بود. کاتالیست نهایی علاوه بر فعالیت بالایی که داشت، از محیط واکنش به راحتی قابل جداسازی بود. در نهایت در پروژه سوم سعی بر آن شد که با ایجاد صفحات کربن نیترید گرافیتی حاوی نانوذرات ZnO بر روی الیاف نمد کربنی فوتوکاتالیست توده ای دیگری بسازیم (ZnO/g-C 3 N 4 /CF) که نهایتاً از کاتالیست ساخته شده برای حذف فوتوکاتالیستی رنگ های متیلن بلو (MB) و رودامین بی (Rh B) و همچنین واکنش کاتالیستی اکسایش اتیل بنزن به محصول با ارزش استوفنون در حضور اکسنده اکسیژن مولکولی استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد رنگ های متیلن بلو و رودامین بی به ترتیب در مدت زمان 40 و 60 دقیقه در حضور نور مرئی و کاتالیست به بیش از 99 درصد تخریب شدند. همچنین از کاتالیست ساخته شده برای اکسایش راکتوری تک مرحله ای اتیل بنزن به استوفنون تحت فشار اکسیژن استفاده شد. مطابق با نتایج به دست آمده از این واکنش در شرایط بهینه مشخص شد که اتیل بنزن به میزان 8/18 درصد و با گزینش پذیری بیش از 99 درصد به محصول با ارزش استوفنون تبدیل شده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی