حذف ترکیبات آروماتیک از سوخت خودروها با جاذب مغناطیسی

[ERF@N]

پژوهشگران دانشگاه اصفهان با پژوهشگران دانشگاه آکادیا کانادا موفق به ارائه یک روش مؤثر، ساده و کارآمد برای ‏گوگردزدایی و حذف ترکیبات آروماتیک، بر مبنای جاذب مغناطیسی بر روی سطح کربن‌ مزومتخلخل شدند. ‏

پژوهشگران دانشگاه اصفهان با همکاری پژوهشگران دانشگاه آکادیا کانادا موفق به ارائه یک روش مؤثر، ساده و کارآمد برای ‏گوگردزدایی و حذف ترکیبات آروماتیک، بر مبنای جاذب مغناطیسی بر روی سطح کربن‌ مزومتخلخل شدند. قبل از این حذف و ‏جداسازی ترکیبات آروماتیک حلقوی از سوخت‌هایی نظیر بنزین و گازوئیل با استفاده از روش متداول و صنعتی ‏HDS‏(‏Hydrodesulfurization‏) انجام می‌شد که نیازمند شرایط سخت دمایی و فشاری، استفاده از گاز هیدروژن، صرف ‏هزینه و تجهیزات است.‏

گوگردزدایی از سوخت‌های فسیلی نظیر بنزین و گازوئیل که به‌ عنوان یک منبع انرژی بسیار مهم و پرمصرف در اتومبیل‌ها است ‏توجه بسیار زیادی را به خود جلب نموده‌ است. سوخت با گوگرد بالا باعث آلودگی محیط زیست، انتشار گازهای ‏SOX، باران‌های ‏اسیدی، عملکرد پایین موتور ماشین و مصرف زیادتر سوخت می‌گردد. بنابراین طبق قوانین زیست‌محیطی کلیه کشورها ملزم به ‏استفاده از سوخت‌هایی با مقادیر پایین گوگرد‎ ‎هستند. به‌دلیل تنوع بسیار زیاد ترکیبات گوگردی در سوخت‌ها جداسازی آن‌ها با ‏چالش‌های زیادی توآم است زیرا از ترکیبات سبک گوگردی نظیر ‏H2S‏ تا ترکیبات سنگین و آروماتیک گوگردی نظیر ‏دی‌بنزوتیوفن و مشتقات آن در سوخت‌ها و به طور شاخص در سوخت‌های دیزلی وجود دارد. روش‌های متداول گوگردزدایی در ‏صنعت شامل فرآیندهای ‏HDS، کاستیک و مراکس است که عمدتاً برای جداسازی ترکیبات سبک گوگردی کاربرد دارد. ‏

جداسازی ترکیبات آروماتیک گوگردی نظیر تیوفن، بنزوتیوفن، دی‌بنزوتیوفن و مشتقات آن‌ها با استفاده از روش‌های کاستیک و ‏مراکس امکان‌پذیر نبوده و این دو روش تنها ترکیبات سبک گوگردی نظیر ‏H2S‏ و مرکاپتان‌ها را جداسازی می‌نمایند. روش ‏متداول صنعتی ‏HDS‏ نیز برای جداسازی دی‌بنزوتیوفن و مشتقات آن و به طور کلی ترکیبات آروماتیک گوگردی نیاز به شرایط ‏سخت دمایی و فشاری، تجهیزات گران و پیچیده و استفاده از کاتالیست‌های خاص دارد.‏

هدف از انجام این کار جداسازی یکی از سخت‌ترین ترکیبات گوگردی به نام دی‌بنزوتیوفن در شرایط ملایم دما و فشار بدون نیاز ‏به گاز پرخطر هیدروژن با استفاده از ترکیبات نانوساختار بوده است.

دکتر نجمه فرزین نژاد فارغ التحصیل رشته شیمی تجزیه در ‏مقطع دکتری از دانشگاه اصفهان، در این باره افزود: «همان طور که می‌دانید با استفاده از نانوساختارها نسبت سطح به حجم ‏بالا رفته و جاذب‌های نانویی با پخش شدن در سیستم مایع، جداسازی را به نحو مطلوب‌تری انجام می‌دهند. تنها ایراد جاذب‌های ‏نانوساختار، جداسازی خود جاذب از محلول است که با پخش شدن نیاز به سانتریوفوژ و سیستم‌های قوی جداسازی دارد. به ‏منظور استفاده از خاصیت نانویی جاذب و جداسازی آسان تصمیم گرفته شد یک جاذب مغناطیسی با حفره مناسب جذب ‏دی‌بنزوتیوفن ساخته شود تا مشکل جداسازی آن از محلول نیز حل شده و در عرض چند ثانیه با یک مگنت کوچک از مایع جدا ‏شود. جاذب مغناطیسی علاوه‎ ‎‏‌بر سهولت جداسازی، هدر روی جاذب را نیز از بین خواهد ‌برد. ساخت جاذب مزومتخلخل کربنی ‏مغناطیسی‎ Ni-CMK-3‎‏ با کنترل بلوکه نشدن حفره‌های جذبی، قدرت جذب مناسب دی‌بنزوتیوفن و خاصیت مغناطیسی بالا انجام گردید ‏و گوگردزدایی و حذف یک ترکیب آروماتیک گوگردی با استفاده از جاذب مغناطیسی انجام شد.»‏

در این تحقیقات ابتدا قالب سخت ‏SBA-15‎‏ با استفاده از کوپلیمر بلوکه شده ‏P-123‎‏ ساخته شد. سپس این محققان با ساخت جاذب ‏مزومتخلخل کربنی مغناطیسی ‏Ni-CMK-3‎‏ با استفاده از قالب سخت ‏SBA-15‎‏ و دو روش آغشته‌سازی دو مرحله‌ای و هم‌زمانی، به بررسی ‏جذب دی‌بنزوتیوفن به‌وسیله‌ی جاذب مغناطیسی ‏Ni-CMK-3‎‏ در مدل سوختی حاوی دی‌بنزوتیوفن در نرمال هگزان پرداختند و قدرت جذب ‏دی بنزوتیوفن با استفاده از این جاذب بررسی گردید. همچنین قدرت بازیابی جاذب با استفاده از دو روش حرارتی و حلال مورد بررسی قرار ‏گرفت. نتایج نشان داد که حلال تولوئن قدرت بازیابی بسیار بالایی داشته به صورتی‌ که قدرت جذب دی‌بنزوتیوفن با جاذب بازیابی شده پس ‏از چندین بار نیز قابل توجه است.‏

کاربرد این طرح به طور مستقیم در صنایع نفت و به طور غیرمستقیم در صنایع خودروسازی و محیط زیست است. حذف این دسته از ‏ترکیبات به طور شاخص از سوخت‌های دیزلی نظیر گازوئیل، باعث تولید سوخت با مقدار گوگرد کمتر می‌گردد که آلودگی محیط زیست را ‏کاهش داده و باعث بهبود عملکرد موتور ماشین و کاهش مصرف سوخت نیز خواهد شد.‏

فرزین نژاد در رابطه با قابلیت‌های تجاری‌سازی این طرح، با توجه به کاربردهای ذکر شده، توضیح داد: «با توجه به اینکه جداسازی بر ‏مبنای حفره‌های جاذب صورت می‌پذیرد و حفره با اندازه خاص مناسب یک ترکیب گوگردی خاص است که در این مقاله جاذب با اندازه خاص ‏برای جداسازی دی‌بنزوتیوفن ساخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. اگر بتوان مخلوط جاذب‌های مغناطیسی با اندازه حفره‌های گوناگون و ‏نزدیک به هم را ساخت و به صورت یک بسته استفاده نمود که بتواند قسمت عمده مشتقات این دسته ترکیبات را جدا نماید به صرفه اقتصادی ‏بوده و قابلیت تجاری شدن را داراست. فعالیت دیگر که قابلیت تجاری شدن پروژه تحقیقاتی را بالا می‌برد ساخت کاتالیست‌های ‏HDS‏ بر ‏مبنای بستر کربن مزومتخلخل با سطح بالا است که برای عمده ترکیبات گوگردی قابل استفاده بوده و راندمان گوگردزدایی را بالا خواهد برد.»‏

نتایج این کار تحقیقاتی که به دست دکتر نجمه فرزین نژاد، دکتر اسماعیل شمس سولاری و محمد کاظم امینی (هیئت ‏علمی دانشگاه اصفهان) و دکتر کریگ بنت از دانشگاه آکادیا کانادا صورت گرفته است، درمجلهFuel Processing ‎Technology‏ (جلد 106، شماره 5، فوریه 2013) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن کامل مقاله را در صفحات 376 ‏الی 384 همین شماره مشاهده نمایند.‏