تولید نانوکاتالیستی جهت کاربرد در صنایع شیمیایی

محققان دانشگاه آزاد واحد نجف آباد، موفق به تولید نانوکاتالیستی شدند که از بازده بالایی برخوردار است. این کاتالیست به راحتی قابل بازیافت است و در صنایع نفت، پتروشیمی و تولید پودرهای سرامیکی مورد استفاده خواهد بود.
اکسید سریم یکی از کاتالیست‌های مورد استفاده در صنایع شیمیایی است که به دلیل هزینه تولید بالا، عموما از ترکیب آن با آلومینا استفاده می‌شود. کاتالیست ترکیبی آلومینا-سریا در فرایندهای اکسیداسیون مونوکسیدکربن و اکسیدهای نیتروژن بسیار پرکاربرد است. پژوهشگران در این طرح تحقیقاتی، با استفاده از روش میکروامولسیون آب در روغن، بر آن شدند تا نانوکاتالیست ترکیبی آلومینا-سریا را تولید نموده و به بررسی خواص آن بپردازند. آن‌ها همچنین، اثر حضور مواد فعال‌ سطحی(سورفکتانت) مختلف، بر شکل، اندازه و سایر خواص نانوکاتالیست تولید شده مطالعه نمودند.
با توجه به نتایج به دست آمده، اندازه نانوذرات کاتالیستی تشکیل شده بسته به نوع ماده فعال‌ سطحی مورد استفاده، متغیر است. با این حال هر یک از این مواد، منجر به تولید نانوذراتی با توزیع اندازه یکنواخت و شکل تقریبا یکسان خواهند شد. در میان مواد فعال سطحی مختلف، ستیل تری متیل آمونیوم بروماید، نانوذراتی ریزتر، با شکل پهن‌تر و انباشتگی کمتر تولید می‌کند.
به گفته مهندس رضا پورنجف، کارشناس ارشد رشته مهندسی مواد از دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، در روش میکروامولسیون، اطراف هر ذره، لایه‌ای از ماده فعال سطحی تشکیل می‌شود. بر اثر تشکیل این لایه، فرآیند انباشتگی ذرات به کمترین میزان خود رسیده و با کنترل شرایط می‌توان به ذراتی با اندازه نانومتری، شکل مطلوب، سطح ویژه بالا و فعالیت مناسب رسید. نانوذرات کاتالیستی به دلیل سطح فعال بزرگ‌تر (نسبت به ذرات کاتالیستی همگن)، در محلول واکنش حل نشده و به سادگی قابل جداسازی هستند.
وی با اشاره به این که روش میکروامولسیون قابلیت کنترل اندازه، شکل و سطح ویژه ذرات را دارد؛ روند کلی تولید این نانوکاتالیست را اینگونه تشریح کرد: «در ابتدا مواد فعال سطحی مختلف (ستیل تری متیل‌آمونیوم بروماید، سدیم دودسیل سولفات و پلی‌اکسی اتیلن لوریل اتر) با سیکلوهگزان مخلوط شد. سپس تا زمان شفاف شدن به آن 1-بوتانول اضافه شد. پس از تقسیم این محلول به دو قسمت، دو محلول آبی حاوی نمک‌های فلزی و آمونیاک به هر کدام اضافه شد. سپس، میکروامولسیون‌های تشکیل شده باهم ترکیب شدند. لازم به ذکر است، تمامی مراحل فوق تحت هم‌زدن شدید توسط یک همزن مغناطیسی انجام گرفت. پس از استراحت ترکیب نهایی، توسط دستگاه سانتریفیوژ رسوب از محلول جدا شده، و پس از شستشو خشک شد. این رسوب در نهایت در کوره‌ای با اتمسفر هوا کلسینه شد.»

filereader.php?p1=main_f90f2aca5c640289d
تصاویر TEM نانوکاتالیست آلومینا-سریا سنتز شده با ماده فعال سطحی الف- BRIJ-35 و ب- CTAB

نتایج این کار تحقیقاتی که با همکاری مهندس رضا پورنجف، دکتر سید علی حسن زاده تبریزی و دکتر مجید قشنگ( اعضای هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد) انجام گرفته است در مجله Ceramics International (جلد 40، شماره 3، ماه اکتبر، سال 2014، صفحات 4933 تا 4937) منتشر شده است.