17840

17840

جذب و جداسازي كربن دي اكسيد با استفاده از نانوكامپوزيت ها و نانومواد متخلخل اصلاح شده با گروه هاي آميني

دكتري

شيمي تجزيه

تير ماه 1396

دكتر منصور انبيا

شيمي

براساس اهميت موضوع زيست محيطي در سرتاسر كره زمين، روش¬هاي تحقيقاتي بسياري براي جداسازي CO2 در حال تحقيق و بررسي است. ساخت نانو جاذب موثر و اصلاح آن جهت افزايش ميزان جذب CO2 يكي از روش¬هاي موثر در جداسازي و حذف CO2 مي¬باشد. زئوليت¬ها، مواد مزومتخلخل سيليكاتي و كربني، شبكه¬هاي فلز-آلي و مواد مزومتخلخل كربني مشتق شده از شبكه فلز-آلي در اين پژوهش بررسي شدند كه از مهمترين و پركاربردترين جاذب¬هاي متخلخل براي جذب گاز CO2 مي-باشند. ساختار نانوكامپوزيت¬ها و نانو¬ مواد متخلخل سنتز شده با استفاده از روش¬هاي شناسايي بررسي و سنتز تركيبات مورد نظر تاييد گرديد و همچنين نتايج حاصل از اندازه¬گيري ظرفيت¬جذب و انتخاب-پذيري گازهاي CO2، N2 و CH4 بر روي جاذب¬ها بر اساس روش حجم¬سنجي در دماهاي مختلف (298، 323 و 348 كلوين) مورد بررسي قرار گرفت. سنتز زئوليت¬هاي خانواده فوجاسيت و تبادل كاتيوني اين زئوليت¬ها با كاتيون¬هاي قليايي انجام شد. به منظور بهبود كارايي ظرفيت¬جذب و انتخاب-پذيري به زئوليت¬هاي تبادل كاتيون شده، پلي¬آنيلين با درصدهاي مختلف اضافه گرديد. LiX/PANI-40 با ظرفيت¬جذب mmol g-1 25ر4 ميزان ظرفيت¬جذب مناسب¬تري را نسبت به ساير زئوليت¬هاي سنتز شده در اين پژوهش نشان مي¬دهد. سنتز زئوليت¬هايLTA و FAU و تبادل كاتيوني اين زئوليت¬ها با كاتيون¬ كلسيم مورد مطالعه قرار گرفت. كامپوزيت¬هاي با درصد¬هاي مختلف از پليمرهاي هادي (پلي-تيوفن و پلي¬پيرول) جهت افزايش عملكرد زئوليت¬هاي تبادل كاتيون شده در جذب گاز CO2 تهيه شد. كامپوزيت¬هاي پلي تيوفني ظرفيت¬جذب بالاتري از كامپوزيت¬هاي پلي¬پيرول نشان مي¬دهند. جاذب SBA-3 عامل دار شده با گروه¬هاي آميني براي جذب گاز اسيدي مورد استفاده قرار گرفت. براي افزايش حساسيت SBA-3 به گاز CO2 با گروه¬هاي آميني مختلف اصلاح شد. پنتا¬اتيلن¬هگزا¬آمين، آمينوپروپيل-تري¬متوكسي¬سيلان و اتيلن¬دي¬آمين براي عامل¬دار كردن SBA-3 مورد بررسي قرار گرفته شدند. SBA-3 عامل¬دار شده با پنتا¬اتيلن¬هگزا¬آمين (mmol g-1 50ر2) بيشترين ميزان ظرفيت¬جذب را دارد. مواد مزومتخلخل¬ كربني CMK-1 و CMK-3 تحت شرايط هيدروترمال سنتز شدند و بهبود كارايي ظرفيت-جذب از طريق اصلاح اين جاذب¬ها با پليمر پلي¬آنيلين انجام شد. نتايج به دست آمده نشان داد جذب CO2 درCMK-3/PANI با ظرفيت¬جذب mmol g-1 60ر5 بيشتر از CMK-1/PANI مي¬باشد. شبكه فلز-آلي MOF-199 براي جذب گازهاي CO2 و CH4 انتخاب شد. علت انتخاب اين شبكه حضور يون‌هاي اشباع‌نشده در ساختار شبكه مي‌باشد كه عامل مهمي براي جذب با ظرفيت بالاي براي گاز CO2 محسوب مي‌شود. يك تركيب كامپوزيت هيبريدي شامل MOF-199 و نانولوله¬هاي كربني چند ديواره سنتز گرديد. نانو لوله¬هاي كربني به عنوان تقويت كننده وارد ساختار شبكه MOF-199 مي¬شوند. از طريق اصلاح كامپوزيت هيبريدي با پي¬پيرازين ميزان ظرفيت¬جذب از mmol g-1 72ر3 بهmmol g-1 90ر6 بهبود يافت. در نهايت، تركيب نانو متخلخل كربني مشتق شده از شبكه فلز-آلي MOF-199 سنتز شد و تركيب كربني با پلي¬اتيلن¬ايمين با درصد¬هاي مختلف اصلاح شد. نتايج، بهبود عملكرد 20PEI@MDC (mmol g-1 30ر4) را در جذب گاز CO2 نشان داد.

1396/07/05

1/1/1900 12:00:00 AM

Carbon dioxide most preva​lent greenhouse gas usually formed via the combustion of fossil fuels, accumulates in the atmosphere, thus increase in the average global temperature and adverse effects of climatic change .Among different technologies, adsorption using solid sorbents is known as one of the most efficient and affordable process. In this study, porous materials including zeolites, metal–organic frameworks MOFs, carbon molecular sieves and porous silicas as adsorptive materials were used for CO2 capture. The structural order and textural properties of the synthesized adsorbents have been characterized by a variety of conventional techniques. Isotherm measurements CO2, N2 and CH4 were made for all samples at different temperatures using a volumetric apparatus. The FAU- and LTA-type zeolite, cation exchanged zeolites and composites of conducting polymers were prepared. Adsorption capacity of LiX/PANI-40 was 4.25 mmol g-1 that showed better adsorption capacity than of other synthesized zeolites in the study. Various amine functional groups have been studied for functionalization of the SBA-3 to enhance CO2 adsorption, in view of the high affinity and interaction between the amine groups and acidic gas. A significant enhancement in the carbon dioxide adsorption capacity was observed in the SBA-3 which modification by Pentaethylene hexamine (2.50 mmol g-1). Ordered mesoporous carbons CMK-1 and CMK-3 were synthesized by hydrothermal method. In order to obtain high CO2 adsorption capacity, modification porous carbon materials with polyaniline. CMK-3/PANI with 5.60 mmol g-1 exhibited higher CO2 capture capacity than CMK-1/PANI. A nanocomposite of multiwalled carbon nanotubes and the metal−organic framework MOF-199 has been synthesized. It was prepared by the incorporation of multiwalled carbon nanotubes into MOF-199. Both the capacity and selectivity for CO2 adsorption can be considerably improved by using piperazine to modify the surface of an MOF-199 and increased from 3.72 mmol g-1 to 6.90 mmol g-1. The MOF-derived porous carbon is prepared by direct carbonization of the MOF-199. Polyethyleneimine can be functionalized onto MOF-derived porous carbon for enhanced CO2 adsorption.