28891

توليد هيدروچار از زيست توده براي جذب و شناسائي گاز دي اكسيد كربن

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1400

1402/6/29

دكتر احد قائمي

-

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پروژه، با استفاده از فيلترهاي سيگار مصرف شده با روش كربونيزاسيون هيدروترمال، جاذب هيدروچار براي جذب و شناسائي گاز CO2 بررسي شد. بررسي عملكرد هيدروچار مي تواند از زيست توده و زباله هاي محيطي، جاذب با ارزشي براي جذب گاز CO2 ارائه دهد. سنتز هيدروچارها براي اين تحقيق و انجام تست هاي جذب اوليه از تمامي هيدروچارهاصورت گرفت. دو جاذب H-208 كه در دماي 200 درجه سانتي گراد و با آب به مدت 8 ساعت و HA-204 كه در دماي 200 درجه سانتي گراد به مدت 4 ساعت با HCl 1 مولار سنتز شدند به عنوان دو جاذبي كه بيشترين جذب را در دما و فشار يكسان از ساير جاذب ها داشتند، براي مطالعه بيشتر انتخاب شدند. بررسي آناليز هاي FTIR، XRD و CHNOS نشان دادند كه سنتز هيدروچارها به خوبي صورت گرفته است. آناليز BET هم سطح جاذب ها را به ترتيب 27.97 و 29.04 مترمربع بر گرم و همچنين BJH نيز مقادير اندازه حفرات را 1.85 و 1.64 نانومتر براي H-208 و HA-204 به ترتيب نشان داد. آناليز CHNOS نشان داد كه بيشترين درجه كربني شدن متعلق به نمونه H-208 بود و اين نمونه از قطبيت بيشتري نسبت به نمونه HA-204 برخوردار است. ايزوترم جذب براي هردو جاذب از مدل فرندليچ پيروي كرد كه نشان دهنده سطح جاذب ناهمگن و جذب CO2 به صورت‬ چند لايه روي سطح جاذب انجام مي شود. نتايج سينتيك نشان داد كه سطوح انرژي در سطح جاذب غير همگن است و در دماي بالا مدل كسري بهترين مدل براي توصيف رابطه بين ظرفيت جذب و زمان واكنش است.‬‬ جذب CO2 در هيدروچارها از نوع جذب فيزيكي-شيميايي است و مقادير∆H° براي H-208 و HA-204 به ترتيب 20.666- و 18.481- كيلوزول بر مول بوده است. داده هاي آزمايشگاهي در RSM براي اين تحقيق با مدل درجه دوم همخواني داشت. مقدار F-value و p-value مدل به ترتيب برابر 184.95 و 0.0001> بوده است. بيشترين تاثير در پارامترها بروي ميزان جذب CO2 به ترتيب براي فشار، دما و كمترين تاثير متعلق به غلظت HCl بود. بيشترين مقادير جذب گاز CO2 براي جاذب هاي H-208 و HA-204 در دماي 25 درجه سانتي گراد و فشار 9 بار به ترتيب 1028 و 1003 ميلي گرم بر گرم بود. جذب گاز CO2 توسط هيدروچارهاي سنتز شده به تركيبي از مكانيسم‌هاي جذب فيزيكي-شيميايي نسبت داده شد. جاذب هاي هيدروچار سنتز شده از خود توانايي شناسائي گاز CO2 را نشان دادند. در غلظت هاي ppm10000 از از گاز CO2 درصد پاسخ 9.5% كه به معني افزايش مقاومت جاذب در برابر گاز CO2 به ميزان 9.5% نسبت به مقاومت آن در هوا و در غلظت ppm1000 با درصد پاسخ 2.5% شناسايي گاز CO2 انجام شد.

1402/07/25

Hydrochar production from Biomass for Adsorption and Identification of Carbon Dioxide

9/19/2024 12:00:00 AM

In this project, using used cigarette filters with hydrothermal carbonization method, hydrochar absorbent was investigated for the absorption and detection of CO2 gas. Investigating the performance of hydrochar can provide a valuable adsorbent for CO2 gas absorption from biomass and environmental waste. The synthesis of hydrochars for this research and the preliminary absorption tests of all hydrochars were done. Two adsorbents, H-208, which were synthesized at 200°C with water for 8 hours, and HA-204, which were synthesized at 200°C for 4 hours with 1 M HCl, are the two adsorbents that have the highest absorption at and had the same pressure than other absorbers, they were selected for further study. FTIR, XRD and CHNOS analyzes showed that the synthesis of hydrochars was done well. The BET analysis showed the surface area of the adsorbents to be 27.97 and 29.04 m2/g, respectively, and BJH also showed the pore size values of 1.85 and 1.64 nm for H-208 and HA-204, respectively. CHNOS analysis showed that the highest degree of carbonization belonged to H-208 sample and this sample has more polarity than HA-204 sample. The adsorption isotherm for both adsorbents followed the Freundlich model, which indicates a heterogeneous adsorbent surface and CO2 absorption is done in the form of several layers on the adsorbent surface. Kinetic results showed that the energy levels on the absorbent surface are not homogeneous and at high temperature the fractional model is the best model to describe the relationship between absorption capacity and reaction time. CO2 absorption in hydrochars is of physical-chemical absorption type and the values of ∆H° For H-208 and HA-204, it was -20.666 and -18.481 KJ/mol, respectively. The laboratory data in RSM for this research were fit with quadratic model. F-value and p-value of the model were equal to 184.95 and >0.0001, respectively. The highest impact in parameters on CO2 absorption was respectively for pressure, temperature, and the lowest impact was for HCl concentration. The highest values of CO2 absorption for H-208 and HA-204 adsorbents at 25°C and 9 bar pressure were 1028 and 1003 mg/g, respectively. The adsorption of CO2 gas by the synthesized hydrochars was attributed to a combination of physico-chemical adsorption mechanisms. The synthesized hydrochar adsorbents showed the ability to recognize CO2 gas. At a concentration of 10000 ppm of CO2 gas, the response percentage was 9.5%, which means an increase in the resistance of the absorbent against CO2 gas by 9.5% compared to its resistance in air, and at a concentration of 1000 ppm with a response percentage of 2.5%, CO2 gas was detected.

هيدروچار , جذب سطحي , CO2 , سنسور , كربونيزاسيون هيدروترمال

Hydrochar , CO2 , Hydrothermal carbonization , adsorption , sensor

Danial Behvandi

Dr. Ahad Ghaemi