30233

سنتز آئروژل(هاي) اكسيد فلزي نانو ساختار و بررسي كاربرد آن(ها) در جذب دي‌اكسيدكربن

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي (ترموسينتيك و كاتاليست)

1399

1402/07/15

دكتر امين بازياري- دكتر احد قائمي

مهندسي شيمي،نفت و گاز

چكيده افزايش روز افزون گاز CO2 به دنبال انتشار حجم عظيمي از گازهاي‌گلخانه اي توسط صنايع مختلف، ضرورت توسعه فن‌آوري هاي جديد و كارآمد براي حذف اين گاز را دو چندان نموده است. هدف از انجام اين تحقيق سنتز جاذب‌هايي مناسب و با خواص ويژه براي جذب سطحي CO2 بوده است. لذا به منظور دستيابي به اين امر، آزمايش‌هايي جهت سنتز و بررسي خواص جذبي نمونه‌هاي مختلف آلومينا آئروژل برنامه‌ريزي شد. همچنين براي مقايسه خواص آئروژل‌ها نسبت به ساير جاذب هاي جامد، دو نمونه ديگر گاما-آلوميناي پودري، تهيه و مقادير جذبCO2 آن‌ها اندازه‌گيري شد. در مقايسه با نمونه‌هاي خريداري شده، نمونه آلومينا آئروژل خالص با سطح ويژه و ميزان جذبي به ترتيب برابر با m2/g 75/221 وmg/g 661/156 به عنوان نمونه بهينه شناسايي شد. براي ارتقاء ميزان جذبCO2 توسط جاذب‌هاي اوليه سنتز شده، از روش بارگذاري سطوح نمونه‌ها با 4000PEG- در بازه درصد مولي 5-1% استفاده شد. مطابق با نتايج مورفولوژي و جذب CO2 نمونه‌هاي اصلاح شده در فشار bar 5 و دمايC° 45، نمونه آلومينا آئروژلPEG %3 با سطح ويژه‌اي به مقدار m2/g 66/331 و ميزان جذبي برابر باmg/g 818/284، به عنوان نمونه بهينه تجربي تعيين شد. همچنين از نتايج مدلسازي ايزوترمي و سينتيكي اين نمونه، بهترين مدل‌هاي توصيف‌كننده فرآيند جذب سطحي به ترتيب مدل‌هاي فروندليچ و الوويچ معرفي گرديد. مقادير تجربي جذب CO2 نمونه آلومينا آئروژلPEG %3 با روش طراحي سطح-پاسخ مركزي و مدل رگرسيوني درجه دوم، مدلسازي شد كه از نتايج آناليز واريانس مطلوبيت بالاي مدل با ضريب همبستگي 9966/0 و مقادير 88/4884=F و0001/0>P، تاييد شد. همچنين با بهينه‌سازي مقادير فاكتورهاي موثر بر جذب CO2 از طريق نرم‌افزار ديزاين اكسپرت ، مقادير بهينه آماري فاكتورهاي فشار، دماي راكتور و درصد بارگذاريPEG و نيز ميزان مطلوبيت و جذب CO2 به ترتيب برابر با bar 7،C° 35، 217/3، 987/0 وmg/g 333/384 تخمين زده شد. واژه‌هاي كليدي: آئروژل- اكسيدآلومينا- جذب سطحي-كربن دي اكسيد- بهينه‌سازي.

1402/09/29

Synthesis of nanostructured metal oxide Aerogel(s) and investigation of it's(their) application in carbon dioxide adsorption

10/6/2024 12:00:00 AM

Abstract The ever-increasing rise of CO2 following the release of a huge amount of greenhouse gases by various industries has doubled the necessity of developing new and efficient technologies for eliminating this gas. The purpose of this research was the synthesis of appropriate adsorbents with unique properties for CO2 surface adsorption. Therefore, to achieve this goal, experiments were planned to synthesize and investigate the adsorption properties of different alumina aerogels. Also, to compare the properties of aerogels with other solid adsorbents, two other samples of powdered gamma-alumina were prepared and their CO2 adsorption values were measured. Compared to the purchased samples, the pure alumina aerogel was identified as the optimal case with a specific surface area and adsorption rate equal to 221.75 m2/g &156.661 mg/g, respectively. To improve the CO2 adsorption of primarily synthesized adsorbents, the method of wet impregnation of samples was applied with PEG-4000 in the molar PEG percentage range of 1-5%. According to the results of morphology and CO2 adsorption of impregnated samples at 5 bar & 45°C, the 3%PEG/γ-Al2O3 aerogel was determined as the experimental optimal sample with the specific surface area & adsorption rate equal to 331.66 m2/g, 284.818 mg/g, respectively. Also from the results of the isotherm & kinetic modelings of this sample, the best models describing the surface adsorption process were introduced Freundlich & Elovich, respectively. The experimental values of CO2 adsorption of 3%PEG/γ-Al2O3 aerogel were modeled with the quadratic regression method of central response surface design and the results of ANOVA showed the high desirability of the model with a correlation coefficient of 0.9966 and values of F= 4884.88, P< 0.0001. Also, by optimizing the values of factors affecting adsorption with Design Expert software, the optimal statistical values of pressure, reactor temperature, PEG loading percentage, desirability and CO2 adsorption were estimated to be 7 bar,35°C,3.217,0.987 & 384.333 mg/g, respectively. Keywords : aerogel-aluminum oxide-surface adsorption-carbon dioxide-optimization.

آئروژل , اكسيدآلومينا , جذب سطحي , كربن دي اكسيد , بهينه‌سازي

aerogel , aluminum oxide , surface adsorption , carbon dioxide , optimization

Amir Ahmad Shafiei

Dr. Amin Bazyari & Dr. Ahad Ghaemi