28596

مطالعه تجربي و مدلسازي جذب دي‌اكسيد كربن بر روي زئوليت‌هاي نوين اصلاحي تهيه شده از كائولن

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1399

1402/05/16

دكتر احد قائمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

دي‌اكسيد كربن يكي از گازهاي گلخانه‌اي مهم است كه در بيشتر صنايع توليد انرژي، با سوزاندن سوخت‌هاي فسيلي توليد مي‌شود. به دليل اثرات زيست‌محيطي مخرب ناشي از توليد ‌دي‌اكسيد كربن و افزايش توليد آن توسط صنايع، نياز به جذب و جداسازي گاز ‌دي‌اكسيد كربن در سال‌هاي اخير بيشتر احساس مي‌شود. همچنين، جداسازي CO2 از جريان گاز طبيعي و گازهاي فرآيندي ديگر، اهميت بالايي دارد. يكي از روش‌هاي جداسازي گاز ‌دي‌اكسيد كربن جذب سطحي توسط جاذب‌هاي اصلاح يافته آميني است. از اين روش به دليل تطبيق‌پذيري و كارايي بالاي آن به‌طور گسترده استفاده مي‌شود. در اين تحقيق، جذب سطحي گاز دي‌اكسيد كربن توسط جاذب‌هاي زئوليت 4A و زئوليت‌هاي 4A اصلاح يافته با دو نوع آمين تترا اتيلن پنتا آمين (TEPA) و دي اتانول آمين (DEA) در يك راكتور ناپيوسته صورت گرفت. تأثير شرايط مختلف عملياتي ازجمله دما، فشار و ميزان آمين استفاده شده در اصلاح جاذب، بر فرآيند جذب سطحي بررسي‌شد. با مدل‌سازي ايزوترمي، سينتيكي و ترموديناميكي با استفاده از نرم¬افزار متلب و مقايسه بين داده‌هاي تجربي حاصل با داده‌هاي مدل‌هاي موجود، رفتار فرآيند جذب براي نزديكي به مدل ايده‌آل مشخص شد. همچنين براي شناسايي اصلاحات انجام‌شده روي جاذب‌ها از آناليزهاي BET، SEM، XRD و FTIR بهره گرفته شد. نتايج آناليزها تأييد كرد كه آمين‌ها با موفقيت روي پايه‌ها بارگذاري شده و اصلاح سطح به‌خوبي صورت گرفته‌است. نتايج آزمايش‌هاي جذب نشان داد كه با افزايش فشار و كاهش دما ميزان جذب افزايش مي‌يابد. از نرم افزار ديزاين اكسپرت براي طراحي آزمايش‌هاي صورت گرفته، استفاده شد و براي بهينه سازي شرايط از روش سطح پاسخ (RSM) استفاده شد. بيشترين ميزان جذب دي‌اكسيد كربن بر روي جاذب‌هاي اصلاحي توسط TEPA و DEA به ترتيب 2/9 و 4/9 ميلي مول برگرم، در فشار 5 بار و دمايC 25° نشان داده شد. در حالي‌كه ميزان جذب در اين دما و فشار برايزئوليت اصلاح نشده 4A، 4/7 نشان داده شد. داده‌هاي تجربي ايزوترم جذب زئوليت‌هاي اصلاحي با مدل فرندليچ تطابق بهتري داشتند. بهترين مدل سينتيك جذب، مدل الوويچ براي هر دو جاذب تعيين شد كه سازگاري بيشتري با داده‌هاي آزمايشگاهي داشت. مقادير منفي پارامترهاي ترموديناميكي ΔH°و ΔG°به ترتيب بيانگر گرمازا و خود به خودي بودن فرآيند جذب مي‌باشند، همچنين مقدار منفي ΔS° بيانگر كاهش بي‌نظمي مي‌باشد. بنابراين، بر اساس نتايج اين مطالعه، جاذب‌هاي اصلاح يافته با آمين كارايي خوبي براي جذب دي‌اكسيد كربن دارند.

1402/05/24

Experimental Study and Modeling of Carbon Dioxide Adsorption Using Modern Modified Zeolites Synthesized from Kaolin

8/6/2024 12:00:00 AM

Most energy production industries generate carbon dioxide, a major greenhouse gas, by burning fossil fuels. Recently, due to the harmful environmental effects of carbon dioxide production and its increase by industries, there has been a greater need to separate carbon dioxide gas. One of the methods for carbon dioxide gas separation is surface adsorption by modified amine adsorbents. This method is widely used due to its adaptability and high efficiency. This research investigates the adsorption of carbon dioxide on modified-zeolite with two types of amines, tetraethylenepentamine (TEPA) and diethanolamine (DEA). The impact of various operating conditions, such as temperature, pressure, and the amount of amine, are examined. Isotherm, kinetic, and thermodynamic modeling in MATLAB software is employed to analyze the adsorption behavior. Then the experimental data are compared with existing models. BET, SEM, XRD, and FTIR analyses are employed to identify the adsorbents. The outcomes confirm the successful loading of amines onto the supports and the effectiveness of surface modification. Design Expert software is utilized to design the experiments, and the response surface method (RSM) is applied to optimize the conditions. The highest carbon dioxide adsorption on modified-zeolite using TEPA and DEA and unmodified zeolite is recorded as 9.2 and 9.4, and 7.4 mmol/g respectively, at 5 bar and 25°C. The experimental data of adsorption isotherms of modified zeolites show better agreement with the Freundlich model. The Elovich model is the most suitable adsorption kinetic model for both adsorbents, demonstrating better compatibility with the laboratory data. The thermodynamic parameters ΔH° and ΔG° exhibit negative values, indicating the exothermic and spontaneous nature of the adsorption process, respectively. Moreover, the negative value of ΔS° indicates a reduction in disorder during the process. Based on the results of this study, amine-modified adsorbents demonstrate efficient carbon dioxide adsorption capabilities.

زئوليت , دي اكسيد كربن , جذب سطحي , اصلاح ساختار

zeolite , carbon dioxide , adsorption , Amine modification

fatemeh bahmanzadegan jahromi

ahad ghaemi