26524

مطالعه‌ي عملكرد نانوسيال پايه آمين حاوي نانوذرات گرافن جهت جذب گاز كربن دي‌اكسيد و بررسي خواص آن

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1397

1400/10/14

دكتر شاهرخ شاه حسيني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

نظر به اهميت روزافزون حذف گازهاي گلخانه‌اي به‌منظور كنترل آثار مخرب ناشي از ازدياد آن‌ها همچون گرمايش زمين، مطالعه و توسعه‌ي روش‌هايي نوين جهت بهبود فناوري جذب و ذخيره‌ي كربن دي‌اكسيد به‌عنوان مهم‌ترين گاز گلخانه‌‌اي، امري ضروري محسوب مي‌شود. در سال‌هاي اخير با به‌دست‌آمدن پيشرفت‌هايي قابل توجه در حوزه‌ي نانوفناوري، استفاده از نانوسيالات به‌مثابه‌ي موادي با ضريب انتقال جرم و حرارت بالا، به‌عنوان گزينه‌‌اي جالب در فناوري‌هاي جذب CO2 مورد توجه محققان واقع شده است. تا كنون پژوهش‌هاي متنوعي روي انواع نانوذرات در تعداد محدودي سيال پايه انجام شده است؛ با اين حال هنوز اطلاعات دقيقي از نحوه‌ي عملكرد نانوسيال در شرايط مختلف عملياتي وجود ندارد. در پژوهش پيش‌رو، با تهيه‌ي نانوسيال نوين گرافن اكسيد/دي‌گلايكول آمين، عملكرد اين سوسپانسيون به‌منظور جذب كربن دي‌اكسيد در شرايط عملياتي مختلف بررسي شد. نانوصفحه‌ي گرافن اكسيد به‌روش هامرز اصلاح شده سنتز و توسط آزمون‌هايي چون XRD، FTIR، SEM و EDS مشخصه‌يابي شد و نانوسيال مورد نظر با پراكنده كردن ذرات GO در محلول‌هاي دي‌گلايكول آمين توسط امواج فراصوت به‌دست آمد. به منظور بررسي دقيق اثر نانوذرات گرافن اكسيد و ديگر پارامترهاي عملياتي همچون غلظت محلول، دما و فشار بر جذب، از روش سطح پاسخ استفاده شد. همچنين براي بررسي خواصي چون پايداري و توزيع اندازه ذرات نانوسيال، از آزمون‌‌هاي پتانسيل زتا و DLS بهره گرفته شد. در نهايت نيز عملكرد نانوسيال در شرايط فشار اتمسفري بررسي شد. آزمايش‌هاي اوليه نشان‌دهنده‌‌ي بهبود 14 درصدي جذب CO2 در حضور 0٫1 درصد وزني نانوصفحه‌ي GO بودند. نتايج آزمون سطح پاسخ نشان داد كه بهترين حالت اثرگذاري نانوذره بر جذب، دما و فشار پايين است. به‌منظور بررسي اثر همزن در انتقال جرم، چهار آزمايش در شرايط بهينه (حاصل از نتايج RSM) با دورهاي 0 تا rpm 600 انجام شد. نتايج نشان داد كه دور rpm 400 نسبت به دور صفر، ميزان جذب را تا بيش از 100٪ بهبود مي‌بخشد. آزمون‌هاي پتانسيل زتا و DLS به‌ترتيب بيانگر پايداري نانوسيالات و توزيع ذرات از 10 تا 240 نانومتر بودند. در نهايت آزمايش‌هاي تكميلي در فشار يك بار نشان داد كه نانوسيال توانايي بهبود جذب تا 17 درصد را نسبت به سيال پايه دارد.

1401/03/07

Investigation of CO2 Absorption Performance of Amine-based Nanofluid Containing Graphene Nanoparticles and Study of its Properties

1/4/2023 12:00:00 AM

Given the importance of mitigating greenhouse emissions to control their damaging effects such as global warming and climate change, it is necessary to study and develop novel methods to improve carbon capture and storage technologies, as CO2 is the most important greenhouse gas. In recent years, regarding the significant progress made in nanotechnology, utilizing nanofluids as materials with high heat and mass transfer coefficients, seems an interesting option to improve carbon capture technologies. Although there have been numerous studies on various kinds of nanoparticles dispersed in a few types of base fluids, to this day, there is no exact explanation on how the performance of nanofluids in different operating conditions is. In the present research, by preparing a novel graphene oxide/diglycolamine nanofluid, its performance in CO2 absorption under different operating conditions has been investigated. GO nanosheets were synthesized using a modified Hummers' method and characterized by XRD, FTIR, FE-SEM and EDS analyses. The desired nanofluids were obtained by dispersing GO particles into aqueous solutions of DGA using ultrasonic waves to guarantee their stability. To have a thorough examination on effect of GO nanoparticles and other operating conditions such as DGA concentration, temperature and pressure on CO2 uptake, a response surface methodology was used. In addition, in order to survey the nanofluid's properties such as stability and particle size distribution, zeta potential and DLS analyses were carried out. To better understand the performance of the nanofluid under low pressure, a number of additional experiments were done. The primary experiments showed a %14 enhancement in absorption capacity of nanofluid in presence of 0.1 wt.% GO nanosheets. The RSM results indicated that in order for the nanoparticles to be most efficient, the process's temperature and starting pressure should be at their lowest. To observe the impact of stirrer speed on mass transfer, 4 different experiments were carried out at the optimized condition but with stirrer velocity changing from 0 to 600 rpm. It was noted that an increase in speed from 0 to 400 rpm causes an enhancement as big as 100% in absorption capacity. The zeta potential analysis guaranteed the stability of nanofluids and the DLS analysis showed that the size distribution of GO nanosheets varied from 10 to 240 nm in the nanofluid. Finally, the result of the additional experiments at 1-bar pressure, showed a 17-percent enhancement in CO2 absorption.

جذب كربن دي‌اكسيد , نانوسيال , گرافن اكسيد , دي گلايكول‌آمين , روش سطح پاسخ

Carbon Capture , Nanofluid , Graphene Oxide , DGA , RSM

Maryam Hassani

Dr. Shahrokh Shahhosseini