-
شماره ركورد
27081
-
پديد آورنده
حسين مشهدي مسلم
-
عنوان
مطالعه تجربي و مدلسازي جذب سطحي گاز اكسيژن توسط جاذب هاي پايه كربني
-
مقطع تحصيلي
دكتري
-
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
-
سال تحصيل
1401
-
تاريخ دفاع
1401/06/07
-
استاد راهنما
دكتر احد قائمي
-
استاد مشاور
دكتر علي ملكي
-
دانشكده
مهندسي شيمي
-
چكيده
در اين پژوهش با توجه به كاربردهاي وسيع جذب اكسيژن در صنايع مختلف و خلاء هاي تحقيقاتي در خصوص بررسي و ساخت جاذب قدرتمند، ساختارهاي جاذب كربني به منظور جذب حداكثري اكسيژن مورد ارزيابي قرار گرفته است. مطالعاتي روي تحقيقات قبلي در خصوص سنتز جاذب كربني صورت گرفت و با استفاده از الگوريتم هاي يادگيري ماشين ارتباط مواد اوليه كربني و دماي سنتز به منظور پيش بيني سطح ويژه جاذب كربني مورد ارزيابي قرار گرفت. همچنين شرايط عملياتي جذب اكسيژن نظير فشار و دما به منظور پيش بيني حداكثري جذب اكسيژن در جاذب هاي مختلف پايه كربني با تطابق بيش از 9/99 درصد و مجموع مربعات خطاي 10-5 مدلسازي شد. در ادامه با استفاده از نتايج مدلسازي پايه جاذب¬ كربن متخلخل پوست گردو انتخاب گرديد و اين سنتز با روش خودفعال سازي در دماي oC1000 صورت گرفت. ساختاركربن متخلخل سنتز شده و اصلاح يافته با آزمون¬هاي مشخصه¬ يابي (FESEM،RAMAN TEM, FTIR,، BET، XRD ,XPS و TGA) بررسي و سنتز تركيبات مورد نظر تأييد گرديد. بهترين نمونه جاذب كربن متخلخل سنتز شده داراي سطح ويژه (2042 m2/g) و حجم حفره هاي (cm3/g) 83/0و 85/1 مزوحفره و ميكروحفره گرديد. در ادامه، جاذب كربن متخلخل به روش هامر اكسيد شده و منتج به سطح ويژه ( m2/g217) و حجم حفره هاي مزوحفره و ميكروحفره (cm3/g) 0/0844و 0/068 گرديد. حجم حفرات جاذب اكسيد شده 17 برابر نسبت به نمونه اوليه كاهش يافت. همچنين جاذب كربن فعال گرانولي با درصدهاي وزني مختلف ZnCl2 و دماهاي مختلف كربنيزاسيون، عامل دار گرديد. كليه جاذب هاي منتخب كربن متخلخل،كربن متخلخل اكسيدشده وكربن فعال گرانولي عامل دار شده با يكديگر مورد مقايسه قرار گرفتند. كليه آزمونهاي جذب در رآكتور بستر ثابت بصورت حجمي انجام گرفت. ظرفيت جذب اكسيژن در محدوده دمايي oK298~328 و در فشارهاي 10~1 بار ارزيابي شد. بالاترين ظرفيت جذب اكسيژن با بهترين نمونه جاذب¬ هاي سنتز شده كربن متخلخل، كربن متخلخل اكسيد شده و كربن فعال گرانولي عامل دارشده به ترتيب مقادير 9/2 ،11/4 و ((mmol/g 4/5 در دماي oK 298 و فشار 9.5 بار حاصل گرديد. نتايج نشان داد كه ظرفيت جذب اكسيژن در كمترين دما در جاذب كربن متخلخل اكسيد شده40% و در جاذب كربن فعال گرانولي عامل دار شده 48% نسبت به نمونه اوليه افزايش داشته است. انتخاب پذيري جاذب هاي به دست آمده براي جذب اكسيژن نسبت به نيتروژن بالاتر نشان داده شد. نتايج تجربي بهدستآمده از آزمون-هاي جذب با مدل هاي همدماي سيپس و مدل سينتيكي مرتبه كسري براي توضيح سينتيك جذب مطابقت داشتند و فرآيندها علاوه¬ بر گرمازايي، خودبخودي و بازگشت¬پذير بودند. عملكرد جذب جاذب هاي سنتزشده پس از 10 و 20 چرخه جذب / دفع بالاي 96% گزارش شد. نتايج نشان داد كه علاوه برسطح ويژه و تخلخل، با ايجاد پيوند هاي هيدروژني و گروه هاي عاملي اكسيژني در سطح جاذب ميتوان ظرفيت جذب اكسيژن را بيش از 40% افزايش داد.
-
تاريخ ورود اطلاعات
1401/07/10
-
عنوان به انگليسي
Experimental and modeling study of Oxygen gas adsorption using Carbon-based adsorbents
-
تاريخ بهره برداري
8/29/2023 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
حسين مشهدي مسلم
-
چكيده به لاتين
In this research, according to the wide applications of oxygen adsorption in various industries and the research gaps regarding the investigation and construction of absorbent, carbon absorbent structures have been evaluated for maximum oxygen absorption. Studies were carried out on previous researches regarding the synthesis of carbon adsorbent and using machine learning (ML) algorithms, the relationship between carbon raw materials and synthesis temperature was evaluated in order to predict the specific surface area of carbon adsorbent. Also, the operating conditions of oxygen adsorption, such as pressure and temperature, were modeled in order to predict the maximum oxygen adsorption in different carbon-based adsorbents with more than 99.9% regression agreement and the MSE of 10-5. In the following, using the results of modeling, walnut shell porous carbon adsorbent base was selected and this synthesis was done by self-activation method at 1000 oC temperature. The structure of the synthesized and modified porous carbon was investigated by characterization tests (FESEM, RAMAN TEM, FTIR, BET, XRD, XPS and TGA) and the synthesis of the desired compounds was confirmed. The best sample of the synthesized porous carbon adsorbent had a specific surface area (2042 m2/g) and the pore volume (cm3/g) was 0.83 and1.85 mesoporous and microporous. Next, the porous carbon adsorbent was oxidized by Hammer's method and the specific surface area (217.34 m2/g) and the pore volume of mesopores and micropores were 0.0844 and 0.068 (cm3/g). The pore volume of oxidized adsorbent decreased 17 times compared to the original sample. Also, granular activated carbon adsorbent with different weight percentages of ZnCl2 and different carbonization temperatures was used. All selected adsorbents, porous carbon, oxidized porous carbon, and functionalized granular activated carbon were compared with each other. All adsorption tests were performed in a fixed bed reactor by volume. Oxygen adsorption capacity was evaluated in the temperature range of 328~298 K, and pressures range of 1~10 bar. The highest oxygen adsorption capacity with the best samples of synthesized absorbents porous carbon, oxidized porous carbon and functionalized granular activated carbon respectively values of 2.9, 4.11 and 5.4 (mmol/g) at 298 K and 9.5 bar was obtained. The results showed that the oxygen adsorption capacity at the lowest temperature in the oxidized porous carbon sample increased by 40% and in the functionalized granular activated carbon sample by 48% compared to the original sample. The selectivity of the obtained adsorbents for Oxygen adsorption was shown to be higher than nitrogen. The experimental results were consistent with the SIPS isothermal and the fractional order kinetic models to explain the adsorption kinetics. The processes adsorption were spontaneous and reversible in addition to heat generation. Adsorption performance of the adsorbent After 10 and 20 cycles of adsorption/desorption, the synthesized sorbents were reported to be above 96%. The results showed that in addition to the specific surface area and porosity, by creating hydrogen bonds and oxygen functional groups on the surface of the adsorbent, the oxygen adsorption capacity can be increased by more than 40%. gave.
-
كليدواژه هاي فارسي
جذب O2 , كربن متخلخل , يادگيري ماشين , خود فعال سازي , سينتيك , ترموديناميك
-
كليدواژه هاي لاتين
O2 adsorption , Porous carbon , Machine learning , Self-activation , Kinetics , Thermodynamics
-
Author
Hossein Mashhadimoslem
-
SuperVisor
Ahad Ghaemi
-
لينک به اين مدرک :