Skip to main content
SUPERVISOR
Mehran Ghiaci,Shadpour Mallakpour
مهران غیاثی (استاد راهنما) شادپور ملک پور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mehdi Mostajeran
مهدی مستاجران

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Synthesis and Characterization of Hybrid Nanoparticles of Co-Mn Immobilized on Bentonite and its Application for Oxidation of p-Xylene to Terephthalic acid
Nowadays, most of the researches are focused on metal nanoparticles. They have unique properties on magnetic, electronic, optical and chemical behavior compared to bulk materials, because of their large surface area to volume ratio. To solve these problems it would be better to immobilize them on suitable support materials and use them as heterogeneous catalysts. Therefore, most of current researches are focused on modification of different supports for immobilization of metal nanoparticles. However, inorganic solids such as silica, carbon, clay, zeolites and mixed oxides are widely used to carry metal nanoparticles. Liquid-phase oxidation of methyl aromatic hydrocarbons is of great scientific, technological, and commercial importance. One of the most successful commercial applications is the production of terephthalic acid (TA) by liquid-phase oxidation of p-xylene (PX) with air over a Co-Mn-Br catalyst system in acetic acid (HOAc) at 150-210 °C. As practiced, this reaction is known as the MC (Mid-Century) process. For the last several years, the kinetics of the reaction network and the process engineering aspects of the MC process of PX oxidation have been investigated in details. The free-radical chain mechanism, as a general framework within which the kinetics features of hydrocarbon oxidation in liquid phase are interpreted, is now generally accepted. The efficacy of the Co-Mn-Br catalyst system is due to the synergistic effect of the coupled catalytic cycles of cobalt, manganese, and bromide. In this work, synthesis and characterization of a new bentonite supported catalyst is reported. In this regard, Na-bentonite was modified in two steps. At the first step, the Na-bentonite was modified with cetylpyridinium bromide (CPB) as a monolayer and then this monolayer bentonite treated with the second generation of an amidoamine cascade, named 3, 3'-(dodecylazanediyl) bis(N-(2-(2,3,3'-(dodecylazanediyl)bis(N-(2-(2-aminoethyl(2-hydroxy benzenimine))ethyl)propanamide) (DAEP) for preparation of a modified bilayer bentonite (Ben-DAEP-modified). The new host–guest catalyst was prepared by immobilization of Co 2+ , Mn 2+ or Co 2+ /Mn 2+ on the Ben-DAEP-modified. The solid catalysts characterized by FT-IR, SEM, BET, XRD, XRF, TEM and CHN. Reaction conditions are optimized for oxidation by varying temperature, pressure, amount of catalyst, time and relation between catalyst and oxidant. This is the first report on performing this reaction with nanocatalysts. The reaction did not proceed in the absence of the catalyst. The optimum conditions for this reaction are: 0.15g catalyst which is contains Co/Mn = 10/1, 3% w Br - as promoter, 190 o C, 17 atm, and 3h. Overall conversion is 100% and the selectivity for terephthalic acid is more than 97%. These results have shown that this research is a successful attempt for oxidation of p -Xylene.
امروزه بیشتر بر روی نانو ذرات فلزی مطالعه انجام شده است. این ترکیبات به دلیل سطح زیادی که نسبت به حجمشان دارند در مقایسه با فرم حجیم خود از ویژگی های منحصر به فردی در زمینه های توزیع مغناطیسی، الکتریکی و شیمیایی برخوردار می باشند. در این میان نانو ذرات فلزی واسطه از خاصیت کاتالیزوری بالایی برخوردار هستند. نانو ذرات فلزی واسطه ای که به صورت محلول در واکنش فعالیت کاتالیزوری خود را انجام می دهند، مشکلاتی در زمینه بازیافت کاتالیزور به همراه دارند. برای حل این مشکل، آن ها را بر روی بستری جامد تثبیت می کنند. همانطور که می دانیم امروزه مبحث نانو و تهیه نانوذرات یکی از مباحث مورد علاقه محققان است. نانوذرات (nanoparticles) خواص بسیار مفید و جالبی را در مقایسه با مواد توده ای (bulk) از خود نشان می دهند و کارایی و کاربرد بیشتری نسبت به مواد با سایز میکرومتر دارند. این ترکیبات به عنوان کاتالیزور، مواد فتولومینسانس، فتوکاتالیزور کاربردهای فراوانی پیدا کرده اند. در مبحث کاتالیزورهای هتروژن یکی از فاکتورهای مهم در تهیه کاتالیزور، کنترل اندازه ذرات آن می باشد. با کنترل اندازه ذرات کاتالیزور می توانیم فعالیت و گزینش پذیری آن را به طور دلخواه تغییر دهیم. در تحقیقات قبلی انجام شده در زمینه ی کاتالیزورهای ناهمگن، از بسترهای متنوعی برای تثبیت کاتالیزورها استفاده شده که از آن جمله می توان به مواد پلیمری و کامپوزیتی، سیلیکا و بنتونیت یا همان خاک رس اشاره کرد. در آزمایشگاه تحقیقاتی آلی دکتر غیاثی، طی سال های گذشته از خاک رس که معادن آن نیز در داخل کشور موجود می باشد به عنوان بستری برای تثبیت کاتالیزور استفاده می شود. هدف از انجام این پروژه استفاده از این بستر برای سنتز ریز ذرات ذکر شده و بررسی کاربرد آنها می باشد. در حال حاضر دی متیل ترفتالات بر پایه ی اکسایش پارا زایلن به کمک کاتالیزور های Mn-Co در شرایط هموژن انجام می شود و تا کنون به طور عمده از کاتالیست های هموژن برای تولید دی متیل ترفتالات (DMT) از طریق اکسایش پارازایلن (p-Xylene) استفاده شده است و تنها چند گزارش در رابطه با استفاده از کاتالیزورهای هتروژن برای این سنتز انتشار یافته است. در پروژه ی حاضر تلاش شده است کاتالیستی مناسب برای این واکنش در مقیاس نانو تهیه شود که این کار جدید بوده و برای اولین بار است که این واکنش مهم و اساسی در مقیاس نانو انجام می شود. در این پروژه تلاش شده است که کاتالیست های Mn-Co به صورت نانو ذره در آورده شود و ضمنا روی یک بستر هتروژن تثبیت گردد تا ضمن افزایش کارایی کاتالیزور، بازیابی و استفاده ی مجدد از کاتالیزور با سهولت به مراتب بهتری انجام شود. ضمنا به دلیل انجام این واکنش با کاتالیست های نانوذره و مصرف به مراتب کمتر کاتالیست، این کار از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه می باشد. شرایط 0/15 گرم بنتونیت دولایه که نسبت فلزات تثبیت شده روی آن به صورت Co/Mn = 10/1 می باشد، 3% وزنی از محرک Br - ، 190 o C، 17 اتمسفر و زمان 3 ساعت، شرایط بهینه ای است که برای این واکنش بدست آمد. درصد تبدیل 100 درصد و نیز انتخابگری بیش از 97 درصد برای ترفتالیک اسید، حاکی از موفقیت آمیز بودن این پژوهش است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی