22703

مطالعه تجربي و مدل سازي جذب دي اكسيد كربن با استفاده از جاذب هايپركراس لينك بر پايه كربازول

كارشناسي ارشد

شبيه‌سازي و كنترل

1396

1399/3/7

دكتر احد قائمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

امروزه تمايل به استفاده از جاذب هاي هايپركراس لينك شده به دليل هزينه پايين و توليد در مقياس انبوه در جذب گاز دودكش، حاصل از نيروگاه هاي سوخت فسيلي افزايش يافته است. هدف از اين كار سنتز جاذب هايپركراس لينك بر پايه كربازول با استفاده از واكنش فريدل-كرافتس به منظور جذب CO2 در راكتور ناپيوسته و بهينه سازي جاذب از طريق اصلاح پس از سنتز جهت بهبود ظرفيت جذب است. مشخصات ساختاري جاذب به وسيله تكنيك هاي مختلف از جمله FTIR، BET، EDS ارائه شده است. براي بهينه سازي پارامترهاي سنتز از طراحي آزمايش با استفاده از روش سطح پاسخ استفاده شد و سه فاكتور زمان سنتز، نسبت كراس لينكر و نوع كاتالسيت به ترتيب در محدوده 18-8 ساعت، 4-1 و دو نوع كاتاليست اسيد لوئيس Fecl3 و Alcl3 به عنوان متغيرهاي ورودي و ظرفيت جذب (mg/g) و درصد جذب به عنوان پاسخ هاي فرآيند در نظر گرفته شد. شرايط بهينه عملياتي دما و فشار به ترتيب ºC25و bar5 در نظر گرفته شد. براي جاذب هايپركراس لينك شده برپايه كربازول مقدار بهينه پارامترهاي سنتز شامل زمان سنتز، نسبت كراس لينكر و نوع كاتاليست به ترتيب 2/11ساعت، 7/2 و Fecl3 به عنوان كاتالسيت بهينه و ظرفيت جذب (mg/g) 22/191 به دست آمد. علاوه بر اين، آزمايش هايي به منظور بررسي مدل هاي ايزوترمي، سينتيكي و هم چنين ترموديناميك جذب انجام شده است. براي جاذب هايپركراس لينك بر پايه كربازول، مدل ايزوترم مطابق با مدل ايزوترم هيل بوده كه نشان دهنده تعادلي بودن پيوند جذب شونده با سايت هاي جذب و تاثير متقابل سايت ها بر هم است. بررسي مدل هاي سينتيك، نشان داد كه در جاذب هايپركراس لينك بر پايه كربازول مدل سينتيكي الوويچ بهترين برازش را با داده هاي جذب CO2 داشته اند. در انتها، امكان پذيري فرايند جذب با استفاده از مدل سازي ترموديناميك بررسي شده است كه مقادير آنتالپي، آنتروپي و اختلاف انرژي آزاد گيبس به ترتيب برابر با( kj/mol) 035/15-، ( kj/mol.k)025/0- و ( kj/mol)822/7- در دماي k15/298 و bar5 به دست آمده است، كه نشان دهنده گرمازا بودن فرايند جذب و خودبخودي بودن آن مي باشد.

1399/07/27

Experimental Study and Modeling of Carbon Dioxide Adsorption Using Hypercrosslinked microporous polymer (HCP) based on Carbazole

5/27/2020 12:00:00 AM

Today, the tendency to use hypercrosslinked polymers (HCPs) adsorbents has increased due to its low cost for removal of the flue gas of fossil-fuel power plants. The main objective of this work is to synthesize carbazole-based hypercrosslinked adsorbent to capture CO2 in a batch reactor and optimize adsorbent through post-synthesis modification to improve adsorption capacity. Structural characteristics of the adsorbent were studied using various techniques including FTIR, BET and EDS. Response surface methodology (RSM) was employed to optimization the synthesis parameters and three factors of synthesis time, crosslinker ratio and catalyst type, in the range of 8-18 h, 1-4 and two Lewis acid catalysts, Fecl3 and Alcl3, respectively, as input variables and absorption capacity (mg/g) and adsorption percentage were considered as responses. The optimum operating conditions of temperature and pressure were considered to be 25 °C and 5 bar, respectively. The optimum amount of synthesis parameters for carbazole-based hypercrosslinked on synthesis time, crosslinker ratio and catalyst type were 11.2 h, 2.7 and Fecl3 as the optimum catalyst and adsorption capacity is 191.22 mg/g, respectively. Furthermore, additional experiments were performed to examine the isotherm and kinetic models and the thermodynamic parameters of absorption. For the carbazole-based hypercrosslinked adsorbent, the isotherm model is consistent with the Hill isotherm model, which indicates the equilibrium of the adsorbent bond with the adsorption sites and the interaction of the sites. The study of kinetic models showed that for the carbazole-based hypercrosslinked sample, the Elovich kinetic model is the best fiting with CO2 adsorption data. Finally, feasibility of the adsorption process were determined by thermodynamic modelling and enthalpy, entropy and Gibbs free energy differences of adsorption at 298.15 k and 5 bar were calculated -15.035 kj/mol, -0.025 kj/mol.k and -7.822 kj/mol, respectively.