سنتر نانو كاتاليست HZSM-5 با خواص بهبود يافته فيزيكوشيميايي به روش سونوشيميايي

Sonochemical synthesis of HZSM-5 nanocatalyst with improved physiochemical properties

در اين تحقيق، به منظور تهيه نانو كاتاليست HZSM-5 از سنتر سونوشيميايي استفاده شده است. مهمترين متغير هاي موثر در فرآيند فراصوت شامل توان فراصوت، زمان تابش دهي و دماي محلول بررسي شد. براي بررسي تاثير برهم كنش متغير ها بر روي بلورينگي نسبي و اندازه متوسط كريستال از روش طراحي مركب مركزي استفاده شد. نتايج نشان داد كه با افزايش توان فراصوت، زمان تابش و دماي صوت دهي، ميزان بلورينگي نسبي، افزايش و اندازه كريستال، كاهش پيدا مي كند. حداكثر بلورينگي نسبي و حداقل اندازه متوسط كريستال ها به ترتيب برابر با 55/51 درصد و nm 62/37 تحت شرايط بهينه ي توان فراصوت برابر با W 231، زمان تابش دهي min 21/18 و دماي محلول°C 42/68 به دست آمد. نتايج نشان مي دهد كه روش سونوشيميايي به شكل قابل توجهي بلورينگي نسبي را افزايش و اندازه ي كريستال هاي كاتاليست را در زمان هاي سنتز كوتاه تر، كاهش داده است. روش هيدروترمال، كاتاليستي با بلورينگي كامل و اندازه متوسط كريستالي nm 893 در min 120 و h 48 كريستاليزاسيون توليد مي كند، در حالي كه كاتاليست سنتز شده به روش فراصوت، با صوت دهي در حدود min 21 و حدود h 4 كريستاليزاسيون داراي 55/51 درصد بلورينگي و اندازه متوسط كريستالي nm 62/37 مي باشد. از سوي ديگر، هيچگونه فاز HZSM-5 در روش هيدروترمال با زمان پيرسازي 120 دقيقه و h 4 كريستاليزاسيون در اتوكلاو تشكيل نمي شود. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه با استفاده از روش فراصوت به جاي استفاده از مرحله پيرسازي مي توان نانوكاتاليست با كريستال كوچكتر، بلورينگي و سطح بالاتر در مدت زمان كريستاليزاسيون كمتر به دست آورد.

In this study, sonochemical synthesis was used to prepare nanostructured HZSM-5 catalysts. The three most effective ultrasound related variables including ultrasound power, irradiation time, and sonication temperature were investigated. The combined effect of these variables on relative crystallinity and mean crystal size of HZSM-5 nanocatalysts was studied using a central composite design. Higher crystallinity and lower crystal size were obtained by increasing ultrasound power, irradiation time, and sonication temperature while there was an optimum range for mentioned variables. The maximum relative crystallinity and minimum mean crystal size were obtained as 55.51% and 62.37 nm, respectively, under the optimal conditions of ultrasound power (231 W), irradiation time (21.18 min), and sonication temperature (42.68 °C). The results confirmed that sonochemical method considerably increased crysatllinity and reduced crystal size of HZSM-5 nanocatalysts at lower time. Hydrothermal method produced catalyst with full crystallinity and mean crystal size of 893 nm with 120 min aging and 48 h crystallization in autoclave while sonicated HZSM-5 catalyst with 21 min sonication and 4 h crystallization has 55.51% crystllinity and 62.37 nm mean crystal size. On the other hand, no HZSM-5 phase was formed in hydrothermal method with 120 min aging and 4 h crystallization in autoclave. These results strongly suggests that a catalyst with smaller crystal size, higher crystallinity and BET surface area at lower crystallization time can be obtained by using ultrasound instead of aging step in HZSM-5 synthesis