21975

21975

بررسي تجربي اثر پارامترهاي عملياتي بر جذب دي اكسيد كربن توسط نانو رس مونتموريلونيت اصلاح شده با گروه هاي آميني

كارشناسي ارشد

طراحي فرايند

1396

1398/12/14

دكتر احد قائمي

مهتدسي شيمي، نفت و گاز

هدف از اين تحقيق بهينه سازي شرايط عملياتي جذب CO2 به وسيله جاذب مونتموريلونيت در راكتور ناپيوسته و بهينه¬سازي جاذب اصلاح شده با گروه هاي آميني جهت بهبود ظرفيت جذب است. مشخصات ساختاري جاذب به¬وسيله¬ي روش¬هاي مختلف ازجملهSEM ،BET ،FTIR و XRD ارائه شده است. براي بهينه سازي شرايط عملياتي جذب از طراحي آزمايش با استفاده از روش سطح پاسخ استفاده شد و سه فاكتور دما و فشار راكتور به ترتيب در محدوده °C 70-30 وbar 1-9 و درصد وزني اصلاح كننده سطح (دي اتانول آمين يا تري اتانول آمين) در محدوده ،%w/w 30-10 به عنوان متغيرهاي ورودي و ظرفيت جذب mg.g-1 )) و درصد جذب به عنوان پاسخ در نظر گرفته شد. شرايط بهينه در نقطه¬اي معرفي شد كه ظرفيت و درصد جذب در بيشترين مقدار ممكن باشد. براي جاذب مونتموريلونيت مقدار بهينه دما و فشار به ترتيب °C 40 وbar 7 و ظرفيت جذب mg.g-1 86/219 است .همچنين براي مونتموريلونيت اصلاح يافته با دي اتانول آمين مقدار بهينه دما، فشار، و درصد وزني دي اتانول آمين جهت اصلاح سطح به ترتيب ، °C 40 وbar 7 و%w/w 15و ظرفيت جذب mg.g-1 82/281به دست آمد. همچنين براي مونتموريلونيت اصلاح شده با تري اتانول آمين شرايط بهينه متغيرهاي ورودي به ترتيب ،°C 40 وbar 7 و %w/w 53/20 و ظرفيت جذب mg.g-1 92/248 به دست آمد. علاوه بر اين، آزمايش¬هاي اضافي به منظور بررسي مدل¬هاي ايزوترمي، سنتيكي و همچنين ترموديناميك جذب انجام شده است. با توجه به مقادير ،R2 براي جاذب مونتموريلونيت، مدل ايزوترم مطابق مدل ايزوترم لنگموير- فرويندليچ كه نشان دهنده¬ي ضريب ناهمگني و به طور كل نشان دهنده مكانيسم جذب با سطح ناهمگن نانو ذرات مونتموريلونيت است. براي جاذب مونتموريلونيت اصلاح يافته با دي اتانول آمين و تري اتانول آمين مدل ايزوترم مطابق با مدل هيل مي¬باشد كه نشان دهنده¬ي تعادلي بودن پيوند جذب شونده با سايت¬هاي جذب و تأثير متقابل سايت¬ها بر هم است. بررسي مدل¬هاي سنتيك بر اساس مقادير، R2نشان داد در نمونه مونتموريلونيت و مونتموريلونيت اصلاح يافته با دي اتانول آمين وتري اتانول آمين، مدل سنتيك الوويچ بهترين برازش را به داده¬هاي جذب CO2 فراهم مي¬كند. شيب مثبت نمودار Ln (kd)در مقابل 1/T در بررسي مدل هاي ترموديناميكي در نمونه مونتموريلونيت و مونتموريلونيت اصلاح يافته با دي اتانول آمين وتري اتانول آمين نشان دهنده¬ي مقدار منفي براي آنتالپي فرآيند و گرمازا بودن فرآيند جذب سطحي است. به¬طوركلي، اتصال CO2در مونتموريلونيت اصلاح يافته به نظر مي¬رسد كه بيشتر تحت تأثير نفوذ و شكل گيري پيوندهاي شيميايي داخل ذرات باشد.

1399/02/21

Experimental study of the effect of operating parameters on CO2 Capture by modified montmorillonite Nano clay with Amine Group

3/4/2020 12:00:00 AM

Today, the tendency to use inorganic adsorbents due to the low cost of adsorption of chimney gas from fossil fuel power plants has increased. The purpose of this work is to optimize the operating conditions of CO2 adsorption by a montmorillonite adsorbent in the batch reactor and optimize the adsorbent modified with amine groups to improve the adsorption capacity. The structural properties of the adsorbent have been presented by various techniques including SEM, BET, FTIR and XRD. Experimental design using response surface methodology was used to optimize the adsorption operating conditions. Three factors temperature and pressure were in the range of 30-70 ° C and 1-9 bar, respectively, and surface modifier weight percent (diethanolamine or triethanolamine) in the range of 10-30% w / w as input variables and absorption capacity (mg / g) and percentage of adsorption were considered as the response. The optimum conditions were introduced at the point where the adsorption capacity and percentage were as high as possible. For montmorillonite adsorbent, the optimum temperature and pressure are 40 ° C and 7 bar, respectively, and the adsorption capacity is 219.86 mg.g-1.Also, the optimum temperature, pressure, and weight percent of diethanolamine modified for montmorillonite modified by diethanolamine were 40 ° C and 7 bar and 15% w / w respectively and the adsorption capacity of 281.824 mg.g-1 was obtained. Also for the montmorillonite modified with triethanolamine the optimum conditions of input variables were 40 ° C and 7 bar and 20.53% w / w and 248.92 mg.g-1 adsorption capacity, respectively..In addition, additional experiments have been performed to investigate isothermal, kinetic and thermodynamic models of adsorption. According to the values of R2 for the montmorillonite adsorbent, the isotherm model is consistent with the Langmuir-Freundlich model which indicates the heterogeneity coefficient and generally indicates the adsorption mechanism with the heterogeneous surface of montmorillonite nanoparticles. The isotherm model for the modified montmorillonite adsorbent with diethanolamine and triethanolamine is in accordance with the Hill model, which indicates the equilibrium of the adsorbed link with the adsorption sites and the interaction of the sites. Evaluation of traditional models based on the values of R2 showed that in montmorillonite and montmorillonite modified with diethanolamine and triethanolamine, the Elovich model provides the best fit to CO2 capture data. This indicates that surface modification of the adsorbent with an additional adsorption mechanism In addition to providing diffusion. Positive slope of Ln (kd) vs. 1 / T diagrams for the study of thermodynamic models in montmorillonite and montmorillonite modified with diethanolamine and triethanolamine indicating negative values for enthalpy of process and exothermic adsorption process. In general, CO2 binding in modified montmorillonite appears to be more influenced by intrusion and by the formation of chemical bonds as a model intracellular diffusion.