22267

مطالعه تجربي و مدل‌سازي جذب گاز دي‌اكسيدكربن توسط نانوجاذب پايه هالوسيت اصلاح يافته آميني

دكتري تخصصي

طراحي فرايند

1398/9/18

دكتر احد قائمي

دكتر علي ملكي - دكتر شاهرخ شاه حسيني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

دي¬اكسيدكربن CO2 مهم¬ترين گاز گلخانه¬اي است كه انتشار آن موجب افزايش دماي جهاني و تغييرات آب و هوايي مي¬شود. بين فناوري‌هاي مختلف جذب CO2، جاذب¬هاي جامد از كارآمدترين و مقرون‌به‌صرفه ¬ترين فرآيندها به شمار مي¬آيند. در اين پژوهش، جاذب¬هاي نانولوله‌هاي هالوسيت به عنوان جاذب¬هاي متخلخل براي جذب گاز CO2 مورد مطالعه قرار گرفت. ساختار نانوكامپوزيت¬هاي سنتز شده با آزمون¬هاي مشخصه¬ يابي (SEM، FTIR، BET، EDX و TGA) بررسي و سنتز تركيبات موردنظر تأييد گرديد. براي بهينه¬سازي شرايط عملياتي جذب از طراحي آزمايش با استفاده از روش سطح پاسخ در نرم افزار ديزاين اكسپرت استفاده شد و ظرفيت جذب در محدوده دمايي oC50~20 و در فشارهاي 9~1 بار براي دو جاذب مختلف مختلف اندازه¬گيري شد. براي تهيه جاذب با نانولوله‌هاي هالوسيت، آماده‌سازي اوليه با كلسيناسيون و شستشو با اسيد انجام گرفت كه منجر به افزايش قابل‌توجه سطح ويژه و حجم حفره¬هاي جاذب نسبت به حالت قبل از اصلاح گرديد. در مرحله بعد، بارگذاري آمين به روش آغشته¬سازي مرطوب با آمين‌هاي پلي اتيلن ايمين (PEI) و تترا اتيلن پنتامين (TEPA) انجام گرفت. به‌منظور بررسي اثر ميزان آمين در بهبود ظرفيت جذب، آمين¬هاي بكار رفته با درصدهاي وزني مختلف بارگذاري گرديدند. بالاترين ظرفيت جذب با جاذب¬هاي (IMP-30) IMSiNTs/PEI30 و EMSNTs/TEPA30 (EM-TE30) به ترتيب مقادير mmol g-1 84/7 و mmol g-1 3/9 در دماي oC20، فشار 9 بار و جاذب 30 درصد وزني آمين به-دست¬ آمد. جذب CO2 در دو مرحله شامل يك افزايش ظرفيت جذب شديد و سپس يك مرحله جذب نسبتاً كُند انجام شد. 70٪ جذب در 2 تا 3 دقيقه اول جذب اتفاق افتاد. كليه آزمون‌هاي جذب در رآكتور بستر ثابت در مدت 100 دقيقه انجام شدند. نتايج تجربي به‌دست‌آمده از آزمون¬هاي جذب با مدل‌هاي همدماي فروندليچ و مدل سينتيكي مرتبه كسري مطابقت داشتند و فرآيندها علاوه¬ بر گرمازايي، امكان-پذير، خودبخودي و بازگشت¬پذير بودند. نتايج آزمون‌هاي احياي انجام‌شده نيز روي جاذب نشان داد، نانوجاذب¬هاي هالوسيتي تهيه‌شده، از پايداري حرارتي و شيميايي بالا و برگشت‌پذيري خوب در طي چرخه جذب / دفع برخوردار هستند.

1399/07/01

Experimental Study and Modeling of Carbon Dioxide Adsorption Using Amine-Modified Halloysite Nanoadsorbents

12/9/2019 12:00:00 AM

Carbon dioxide is the most common greenhouse gas emitted by global warming and climate change. Among the various CO2 capture technologies, solid adsorbents are considered to be the most efficient and cost effective processes. In this study, the halloysite nanotubes were studied as porous adsorbents for CO2 adsorption. The structure of synthesized nanocomposite was evaluated and confirmed by characteristic methods. To optimization of adsorption operational condition, the experimental design with RSM method was used and the adsorption capacity, measured at temperature range of (20~50°C) and at pressures of (1~9 bar) for two different amines. For preparation of the nanotube halloysite adsorbents, initial preparation was carried out with calcination and acid treatment that significantly increased the specific surface area and pore volume of adsorbent than basal support. The next step was loading of amines by wet impregnation with PEI and TEPA amines. In order to improve the efficiency of the adsorption capacity, the applied amines were loaded with different weight percentages. The highest adsorption capacity with optimally prepared adsorbents, IMSiNTs / PEI30 (IMP-30) and EMSNTs / TEPA30 (EM-TE30) were obtained 7.84 mmol.g-1 and 9.3 mmol.g-1, respectively, at 20°C, at pressure of 9 bar and an optimum loding of amine, 30wt %. CO2 capture were done in two stages, first an intense increase in adsorption capacity and then a relatively slow adsorption step. 70% of adsorption occurred within the first 2 to 3 minutes of adsorption, indicating high adsorption potential. All adsorption tests were performed in a fixed bed reactor durin 100 minutes. The experimental results were also compatible with the Freundlich isotherm model and the fractional–order kinetic model. The desorption test results indicated that the prepared halloysite nanoparticles have high thermal and chemical stability and good reversibility during the adsorption / desorption cycles.