شماره ركورد
34126
پديد آورنده
رضوانه اشراقي
عنوان
تهيه و اصلاح فوم هاي فنوليك به منظور جذب بهينه دي اكسيد كربن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/20
استاد راهنما
دكتر محمد فصيحي دستجردي و احد قائمي
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي شيمي
چكيده
در اين پژوهش، بهبود عملكرد جذب دياكسيد كربن (CO₂) در فومهاي پليمري فنوليك (PHF) از طريق دو رويكرد مورد بررسي قرارگرفت: (1) بهينهسازي درصد عامل فومزاي نرمال-پنتان و (2) اصلاح شيميايي فوم با افزودن پلياتيلنگليكول .(PEG) بررسيهاي ساختاري با استفاده از روشهاي XRD، FTIR، BET، SEM و TGA نشان داد كه فومهاي تهيهشده، داراي ساختارسلسه مراتب و سطح ويژه مناسب هستندكه آنها را براي جذب CO₂ كارآمد ميسازد. در بخش نخست، اثر درصد عامل فومزا، برظرفيت جذب CO₂ مورد ارزيابي قرارگرفت. نمونه حاوي phr 2 نرمالپنتان (PHF-2) در شرايط دماي C25° و فشار bar1، ظرفيت جذب معادل mmol/g 4/2 نشان داد. با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) و طراحي مركب مركزي، شرايط بهينه تعيين شد و ظرفيت جذب در فشار bar 9 به mmol/g 34/7 افزايش يافت. تحليل ايزوترم جذب نشان داد كه مدل فروندليچ بهترين برازش را دارد و جذب از نوع فيزيكي، چندلايهاي و روي سطحي ناهمگن است. مدل سينتيكي مرتبه كسري نيز با دادهها بيشترين انطباق را داشت و بيانگر پيچيدگي فرآيند جذب و مسيرهاي واكنشي چندگانه جذب بود. بررسي ترموديناميكي نشان داد فرآيند جذب گرمازا و خودبهخودي است. درآزمون گزينشپذيري، فوم PHF-2 تمايل بالاتري براي جذب CO₂ نسبت به N₂ از خود نشان داد كه ناشي از قطبشپذيري بيشتر و گشتاور چهارقطبي CO₂ بود. پس از 10 چرخه جذب و احيا، تنها 11% كاهش در ظرفيت جذب مشاهده شد كه بيانگر پايداري بالاي فوم است. در بخش دوم، اصلاح شيميايي با افزودن 4% درصد وزني PEG انجام شد كه منجر به افزايش چشمگير ظرفيت جذب شد؛ بهطوريكه در دماي C25° و فشار bar1، ظرفيت از 31/3 بهmmol/g 43/8 افزايش يافت (بهبود حدود 40%). مدل فروندليچ همچنان بهترين تطابق را داشت و جذب فيزيكي وشيميايي چندلايهاي تأييد شد. مدل سينتيكي مرتبه كسري و تحليل ترموديناميكي نيز به ترتيب رفتار پيچيده وگرمازاي فرآيند را نشان دادند. علاوه بر اين، فومهاي اصلاحشده پايداري حرارتي و قابليت بازيافت بالايي داشتند. درآزمون گزينشپذيري، نمونه PHF/4%PEG در دماي C25° و فشارbar1، انتخابپذيري %23/10 را نشان داد كه %25/17 بالاتراز فوم اصلاحنشده بود و با افزايش فشار تا 23% نيز بهبود يافت. پس از 10 چرخه، كاهش ظرفيت جذب براي نمونههاي PHF و PHF/4%PEG به ترتيب 11% و %6/9 بودكه در نتيجه، پايداري عالي اين جاذبها را تأييد ميكند. در مجموع، نتايج نشان ميدهدكه بهينهسازي ساختار فوم فنوليك و اصلاح آن با PEG به طور مؤثر عملكرد جذب، گزينشپذيري و پايداري چرخهاي فومها را بهبود داده و آنها را به گزينهاي مناسب براي كاربردهاي صنعتي در جذب CO₂ تبديل كرده است
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/13
عنوان به انگليسي
Preparation and modification of phenolic foams for optimal carbon dioxide adsorption
تاريخ بهره برداري
10/12/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
رضوانه اشراقي
چكيده به لاتين
In this study, the improvement of CO₂ adsorption performance in phenolic polymer foams (PHF) was investigated through two approaches: (1) optimizing the percentage of the normal-pentane foaming agent and (2) chemically modifying the foam by adding polyethylene glycol (PEG). Structural investigations using XRD, FTIR, BET, SEM, and TGA methods showed that the prepared foams have a hierarchical structure and suitable specific surface area, making them efficient for CO2 adsorption.
In the first part, the effect of the foaming agent percentage on the CO₂ adsorption capacity was evaluated. The sample containing 2 phr normal-pentane (PHF-2) showed an adsorption capacity of 2.4 mmol/g at a temperature of 25°C and a pressure of 1 bar. Using the response surface methodology (RSM) and central composite design, optimal conditions were determined, and the adsorption capacity increased to 7.34 mmol/g at a pressure of 9 bar. The adsorption isotherm analysis showed that the Freundlich model has the best fit, and the adsorption is physical, multilayer, and on a heterogeneous surface. The fractional-order kinetic model also had the best fit with the data, indicating the complexity of the adsorption process and multiple reaction pathways of adsorption. Thermodynamic studies showed that the adsorption process is exothermic and spontaneous. In the selectivity test, PHF-2 foam showed a higher tendency to adsorb CO₂ compared to N₂, which was due to the higher polarizability and quadrupole moment of CO₂. After 10 adsorption and regeneration cycles, only an 11% decrease in adsorption capacity was observed, indicating the high stability of the foam. In the second part, chemical modification was performed by adding 4% by weight of PEG, which led to a significant increase in adsorption capacity; such that at a temperature of 25°C and a pressure of 1 bar, the capacity increased from 3.31 to 8.43 mmol/g (approximately 40% improvement). The Freundlich model still had the best fit, and multilayer physical and chemical adsorption was confirmed. The fractional-order kinetic model and thermodynamic analysis also showed the complex and exothermic behavior of the process, respectively. In addition, the modified foams had high thermal stability and recyclability. In the selectivity test, the PHF/4%PEG sample showed a selectivity of 10.23% at a temperature of 25°C and a pressure of 1 bar, which was 17.25% higher than the unmodified foam, and improved by up to 23% with increasing pressure. After 10 cycles, the decrease in adsorption capacity for PHF and PHF/4%PEG samples was 11% and 9.6%, respectively, which confirms the excellent stability of these adsorbents. Overall, the results show that optimizing the structure of phenolic foam and modifying it with PEG effectively improves the adsorption performance, selectivity, and cyclic stability of the foams, making them a suitable option for industrial applications in CO₂ adsorption.
كليدواژه هاي فارسي
واژههاي كليدي: جذب سطحيCO2، فوم فنوليك، پلي اتيلن گليكول، ساختار مزو-ميكرو، روش سطح پاسخ
كليدواژه هاي لاتين
Keywords: Adsorption, Carbon dioxide, Phenolic foam (PHF), Polyethylene glycol (PEG), Meso-micro porous structure, Response Surface Methodology (RSM)
Author
Rezvaneh Eshraghi
SuperVisor
Mohammad fasihi, Ahad ghaemi