Maryam Hajjami

در این پایان نامه بایوچار پلی اتیلن ایمین تحت عنوان نانوکاتالیزوری کارآمد و قابل بازیافت تهیه شد. کاتالیزور بایوچار -پلی اتیلن ایمین با موفقیت جهت واکنش‌های چند جزئی تهیه شد و از راهکارهای مختلفی همچون FT-IR – XRD -MAPPING -EDAX -SEM -BET -TGA شناسایی گردید. عملکرد کاتالیزوری مناسبی برای سنتز 2-آمینو-4H-کرومن در حلال آب واتانول در دمای رفلاکس در مدت زمانی کوتاه و همچنین سنتز مشتقات تتراهیدروبنزوپیران در حلال آب و اتانول در دمای رفلاکس نشان داد. راندمان بسیارخوب، مدت زمان مناسب واکنش ها، سمی نبودن، سازگار با محیط زیست و همچنین قابلیت بازیابی و استفاده مجدد از کاتالیزور از محاسن این روش کار می‌باشند.

تقاضای جهانی انرژی به دلیل رشد جمعیت و صنعتی شدن در حال افزایش است. به‌منظور برآورده ساختن تقاضای انرژی با در نظر گرفتن نگرانی جهانی، یافتن منابع سوخت جایگزین ضروری است. بیودیزل به دلیل پتانسیل بسیار زیاد آن برای تبدیل‌شدن به بخشی از ترکیب انرژی در آینده نزدیک و همچنین قابلیت کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای یکی از بهترین انتخاب‌هاست. در میان افزودنی‌های موردمطالعه برای سوخت‌های بیودیزل و دیزل، نانو ذرات به‌عنوان افزودنی‌های جدید ظاهرشده‌اند، افزودن نانو ذرات بیولوژیکی به سوخت دیزل می‌تواند فرآیند احتراق را بهبود بخشد. اخیراً در کشورهای توسعه‌یافته از نانوبیوچار به‌عنوان افزودنی در موتورهای احتراق داخلی برای ارزیابی عملکرد و انتشار آلاینده‌های زیست‌محیطی استفاده می‌شود. نانوبیوچار یک کاندید عالی برای جایگزینی افزودنی‌های سوخت مبتنی بر فلزات معمولی است. لذا در این پژوهش، عملکرد و آلاینده‌های یک موتور دیزل تک سیلندر با استفاده نانوبیوچار در3 غلظت ( ppm30، 60 و 90) و در 3 سرعت مختلف (rpm2900، 3100 و 3300) به‌عنوان افزودنی در مخلوط سوخت دیزل-بیودیزل مورد بررسی قرار گرفت و با سوخت دیزل- بیودیزل به عنوان سوخت پایه مقایسه گردید. نتایج نشان داد که با استفاده از مخلوط‌های سوخت نانو بیوچار توان موتور به طور متوسط به میزان 65/2 تا %68/6 و گشتاور موتور نیز به میزان 66/1 تا %4/9 افزایش پیدا کرد که این امر می‌تواند به دلیل اکسیژن دار بودن سوخت و احتراق کامل‌تر باشد. مصرف سوخت ویژه نیز از 31/17 تا %73/35 درصد کاهش پیدا کرده است که میتواند به این دلیل باشد که نتیجه کاتالیزوری نانوذرات باعث افزایش اکسیداسیون سوخت می‌شود که منجر به کاهش مصرف سوخت ویژه می‌شود. همچنین نتایج نشان داد که مخلوط سوخت B20-90 دارای بهترین عملکرد و کمترین مصرف سوخت ویژه می‌باشد. هم چنین آلاینده‌های خروجی اگزوز، هیدروکربن‌های نسوخته، منوکسید کربن اندازه گیری شد و نتایج کاهش مقادیر این آلاینده ها به ترتیب 26/6- تا %70/61- و 9/8- تا 81/36- را در مخلوط های سوخت نانو بیوچار نشان داد. این کاهش عمدتاً به دلیل افزایش نسبت سطح به حجم نانوذرات و در نتیجه افزایش سرعت انتقال حرارت است. همچنین انتشار اکسیدهای نیتروژن و دی اکسید کربن در مخلوط‌های سوخت نانو بیوچار به ترتیب 23/19- تا %99/60- و 03/15- تا %94/47- کاهش یافت.

در این پروژه، نانوذرات نانو کاتالیزور IL-Nb@Biochar به عنوان یک بایوکاتالیزور سازگار با محیط زیست که قابلیت استفاده مجدد را دارد با موفقیت سنتزشد و با تکنیکهای مختلفی مانند FT-IR ، XRD ، SEM ، EDS ، Elemental Mapping و TGA شناسایی شد. کاتالیزور سنتز شده نیز فعالیت کاتالیزوری عالی برای سنتز مشتقات بی فنیل و اکسایش انتخابی سولفیدها به سولفوکسیدها نشان داد. همچنین مشتقات سنتز شده نیز با استفاده ازتکنیک های IR-FT ، NMR-H و NMR-C13 شناسایی شدند. بازده بالا )بیش از 90 درصد( تولید محصول در واکنش مورد نظر، مشخصه خوبی برای کارایی یک سیستم کاتالیزوری است. به دلیل گروههای عاملی حاوی اکسیژن بایوچار، ساختار غنی از منافذ و عمر طولانی کاتالیزوری بایوچار،یک ساختارعالی جهت بسترهای کاتالیزوری برای فلزات می باشد که امکان فعالیت کاتالیزوری عالی در واکنشها را فراهم میکند.

در این کار، بایوچارهای غنی شده با آمین به عنوان نانوکاتالیزورهای سازگار با محیط زیست، قابلیت بازیابی و استفاده مجدد تهیه شدند و با استفاده از تکنیک‌های مختلفی از جمله FT-IR، XRD،SEM ،EDS و TGA شناسایی شدند. بایوچارهای طراحی شده فعالیت کاتالیزوری بسیار بالا برای سنتز سه جزئی مشتقات 2-آمینو-H4-کرومن و 8،1- نفتیریدین در شرایط دمای محیط و حلال آب و همچنین برای سنتز بایودیزل از خود نشان دادند. از ویژگی‌های مهم سیستم‌های طراحی‌شده می‌توان به بازده بالای محصولات، زمان مناسب واکنش‌ها، فراهم آمدن آسان مواد اولیه، روش ساخت ساده در زمان کوتاه، دوستدار محیط‌زیست بودن و همچنین قابلیت بازیابی و استفاده مجدد کاتالیزوری اشاره کرد.

در این پایان نامه، کاتالیزور Cu-L-histidine@biochar بر پایه‌ی فلز مس و بستر بایوچار سنتز و جهت سنتز مشتقات آنیلین و آمید استفاده شد. با توجه به ریخت شناسی و ارزان بودن کاتالیزور فوق، علاوه بر سنتز مشتقات ذکر شده واکنش‌های یکسان‌گزینی و شیمی‌گزینی را نیز در این واکنش‌ها تایید شد. علاوه بر آن در قسمت دوم پروژه، چارچوب‌های فلز-آلی بر پایه آهن به عنوان بستری مناسب برای روش پس از اصلاح انتخاب و استفاده شد. زیرا چارچوب فلز-آلی بر پایه آهن دارای ریخت شناسی و مساحت سطح مناسب است. بنابراین کاتالیزگرهای هدفمند Fe-MOF-TUR با استفاده از روش پس از اصلاح طراحی، سنتز و شناسایی شدند. از چارچوب‌های فلز-آلی فوق در سنتز مشتقات نیکوتینونیتریل و ترکیبات کرومونو-[4,3-b] پیریدین به عنوان ترکیبات مهم استفاده شد. ساختار کاتالیزگرهای فوق با استفاده از تکنیک‌های مختلف از جمله طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX)، نقشه برداری عنصری، اندازه گیری جذب و واجذب نیتروژن (BET)، اندازه گیری سطح (BJH) و طیف سنجی پلاسمای جفت شده القایی ICP)) مورد تایید قرار گرفت. ساختار محصولات سنتز شده با استفاده از تکنیک‌های طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR)، طیف سنجی فتوالکتریکی پرتو ایکس (XPS)، رزونانس مغناطیس هسته (1H NMR و 13C NMR) و طیف سنجی جرمی تایید شد.

در این کار، بایوچار-اسید فسفریک به عنوان نانو کاتالیست قابل بازیافت و کارآمد تهیه شد.کاتالیست بایوچار-اسید فسفریک با موفقیت سنتز شد و توسط تکنیک های مختلف مانند FT-IR ، XRD، SEM، EDS و BET شناسایی شد. فعالیت کاتالیستی عالی برای سنتز 8، 1 دی‌اکسی اکتاهیدروزانتن ها تحت شرایط بدون حلال در دمای 110 درجه سانتی‌گراد و همچنین سنتز مشتقات تتراهیدروبنزو[b]پیران در مخلوط اتانول: آب (1: 3) در شرایط رفلاکس نشان دادند. بازده عالی، زمان واکنش کوتاه، عدم سمیت ، سازگاری با محیط زیست، سادگی واکنش از مزایای روش حاضر می‌باشد.

در این کار، نانوذرات کامپوزیت Biochar/Zinc Oxide به عنوان یک بایوکاتالیست سازگار با محیط زیست که قابلیت استفاده مجدد را دارد تهیه شد. نانوذرات کاتالیزوری کامپوزیت Biochar/Zinc Oxide با موفقیت سنتزشد و با تکنیک‌های مختلفی مانند FT-IR، XRD، SEM، EDS و BET شناسایی شد. کاتالیزور سنتز شده نیز فعالیت کاتالیزوری عالی برای سنتز سه جزیی مشتقات تتراهیدروبنزو زانتن‌ها در شرایط بدون حلال و در دمای 100 درجه سانتیگراد و سنتز سه جزیی مشتقات 5-آمینوپیرازول-4-کربونیتریل در شرایط رفلاکس در مخلوط اتانول: آب (1: 3) به عنوان حلال نشان داد. بازده بالا (بیش از 90 درصد) تولید محصول در واکنش مورد نظر، مشخصه خوبی برای کارایی یک سیستم کاتالیزوری است. به دلیل گروه‌های عاملی حاوی اکسیژن بایوچار، ساختار غنی از منافذ و عمر طولانی کاتالیزوری بایوچار،یک ساختارعالی جهت بسترهای کاتالیزوری برای فلزات می باشد که امکان فعالیت کاتالیزوری عالی در واکنش‌ها را فراهم می‌کند