22697

مطالعه تجربي و مدلسازي حذف گاز دياكسيدكربن با كربن فعال اصلاح يافته با اكسيد نيكل و منيزيم

كارشناسي ارشد

طراحي فرايند

1396

1399/03/07

دكتر احد قائمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در سالهاي اخير تمايل به استفاده از فرايند جذب سطحي با جاذبهاي جامد به دليل نياز به انرژي پايين، كم هزينه بودن و كاربرد آسان، افزايش يافته است. در مطالعه حاضر، جاذب كربن فعال قبل از اصلاح و كربن فعال اصلاح شده با اكسيد نيكل و اكسيد منيزيم براي جذب دياكسيدكربن مورد بررسي قرار گرفت. هدف از اين كار بهينهسازي شرايط عملياتي جذب دياكسيدكربن و بهينهسازي جاذب، جهت بهبود ظرفيت جذب است. پس از انجام آزمايشات اوليه و رسيدن به شرايط بهينه براي اصلاح جاذب، مشخصات ساختاري جاذب به وسيله آناليزهاي XRD ، SEM و BET ارائه شده است. براي بهينهسازي شرايط عملياتي جذب با استفاده از طراحي آزمايش از روش سطح پاسخ، سه فاكتور دما، فشار و نوع جاذب مورد بررسي قرار گرفته است. آزمايشهاي جذب دريك راكتور ناپيوسته در محدوده دماي 25 - 80 درجه سانتيگراد و محدوده فشار 1 - 9 بار صورت گرفته است. اصلاح جاذب كربن فعال با مقدار بهينه از اكسيد نيكل و اكسيد منيزيم ) 3 درصد وزني( منجربه افزايش 57 و 41 درصدي ظرفيت جذب در دماي محيط شد. شرايط بهينه براي بيشترين مقدار ممكن ظرفيت جذب و بالاترين دماي ممكن در نظرگرفته شد. بر اساس تابع مطلوبيت براي جاذب كربن فعال اصلاح شده با اكسيد نيكل، شرايط دماي 7 / 62 درجه سانتيگراد و فشار 8 / 7 بار براي متغيرهاي ورودي و مقدار mg/g 352 / 121 براي پاسخ بدست آمد. همچنين براي جاذب كربن فعال اصلاح شده با اكسيد منيزيم، شرايط دماي 1 / 57 درجه سانتيگراد و فشار 8 / 7 بار براي متغيرهاي ورودي و مقدار mg/g 173 / 105 براي پاسخ بدست آمد. به منظور بررسي مدلهاي ايزوترمي، سينتيكي و همچنين ترموديناميك آزمايشات اضافي انجام شده است. با توجه به مقادير 2R براي جاذب كربن فعال اصلاح نشده، مدل فرندليچ كه بيان كننده جذب چندلايه فيزيكي است مناسب است. همچنين براي كربن فعال اصلاح شده، مدلهاي ايزوترم مطابق با مدل سيپس كه تركيبي از ايزوترم لانگمير و فروندليچ ميباشد بهترين مدل ميباشد. همچنين، بعد از مدل سيپس، مدل لانگمير كه بهترين توصيف واكنش شيميايي به علت محدود شدن به يك لايه است، مدل مناسب ميباشد . نتايج حاصل از بررسي سينتيك، مدل مرتبه اول را براي كربن فعال اصلاح نشده و مدل مرتبه دوم و مدل الوويچ را مناسب نشان ميدهد.

1399/07/10

Experimental study and modeling of carbon dioxide adsorption with modified activated carbon by nickel and magnesium oxide

5/27/2020 12:00:00 AM

In recent years, the tendency to use surface adsorption with solid adsorbents has increased due to the need for low energy, low cost, and ease of use. In the present study, raw activated carbon adsorbent and modified activated carbon with nickel oxide and magnesium oxide to adsorb carbon dioxide were investigated. The goal is to optimize the operating conditions of carbon dioxide uptake and optimize the adsorption direction to improve adsorption capacity. After conducting initial experiments and achieving optimal conditions for adsorption modification, the adsorbent structural characteristics are provided by XRD, SEM, and BET analyzes. To optimize the adsorption operating conditions using the experimental design of the response surface method, three factors include temperature, pressure, and adsorption type, have been investigated. Absorption experiments have been performed on a discontinuous reactor in the temperature range of 25-80 °C and in the pressure range of 1-9 bar. Modification of active carbon adsorbent with the optimal amount of nickel oxide and magnesium oxide (3% by weight) led to a 57% and 41% increase in adsorption capacity at ambient temperature. Optimal conditions were considered for the maximum possible adsorption capacity and the highest possible temperature. Based on the desirability function for adsorption of activated carbon with nickel oxide, the temperature conditions were 62.7 °C and the pressure was 7.8 bar for the input variables, and the amount of 121.3 mg/g for the response. Also, for adsorption of activated carbon modified with magnesium oxide, the temperature conditions of 57.1°C and the pressure of 7.8 bar for the input variables and the amount of 105.2 mg/g for the response were obtained. Additional tests have been performed to evaluate isothermal, kinetic, and thermodynamic models. Given the R2 values for the unmodified activated carbon adsorbent, the Fendelich model, which expresses the physical multilayer absorption, is appropriate. Also, for modified activated carbon, the isothermal models are the best, according to the Sips model, which combines the isotherm of Langmuir and Freundlich. Also, after the Sips model, the Langmuir model, which is the best description of the chemical reaction due to being limited to one layer, is the appropriate model. The results of the kinetic study showed for raw AC the first-order model is the best and for modified activated carbon showed the second-order model and the Elovich model was appropriate.