شماره ركورد
34896
پديد آورنده
الهام مهرابي
عنوان
مطالعه جاذب هاي تيتانيوم بر پايه هاي اروژل جهت جذب كربن دي اكسيد
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1405/01/23
استاد راهنما
دكتر شاهرخ شاه حسيني
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي شيمي
چكيده
با توجه به افزايش غلظت دياكسيدكربن در جو و نقش آن در گرمايش جهاني توسعه جاذبي با ظرفيت جذب بالا، انرژي بازسازي پايين و پايداري چرخهاي مناسب، از اهميت ويژهاي برخوردار است. در اين پژوهش، ابتدا اروژل آلومينا سنتز شد و سپس متاتيتانيك اسيد سنتز گرديد. در ادامه، كامپوزيت آلومينا–متاتيتانيك اسيد بهمنظور ايجاد ساختاري پايدار با ويژگيهاي سطحي مناسب تهيه شد. و سپس سطح آن با آمين پيپرازين اصلاح گرديد نمونه AA-MT/PZ10با 10درصد وزني پيپرازين به عنوان تركيب بهينه با بهبود حدود 6/14% انتخاب شد . ويژگيهاي ساختاري و مورفولوژيكي جاذبها با آزمونهاي XRD، FTIR، BET، FESEM ، TGA مورد ارزيابي قرار گرفت براي بهينهسازي شرايط جذب، از روش طراحي آزمايش و مدل پاسخ سطحي (RSM) بر پايه طرح مركب مركزي (CCD) استفاده شد كه نشان داد افزايش فشار موجب افزايش ظرفيت جذب و افزايش دما باعث كاهش آن ميشود؛ اين نتيجه بيانگر ماهيت گرمازاي فرآيند جذب است و تحليل آماري نيز برازش مناسب مدل را تأييد كرد . مطالعات تعادلي، سينتيكي نشان داد مدل لانگموير بهترين برازش را با دادههاي تجربي جذب داشت و مدل سينتيكي آورامي بهترين تطابق را با دادهها دارد كه بيانگر غالب بودن جذب تكلايهاي و ماهيت چندمرحلهاي فرآيند است. تحليل ترموديناميكي جذب، گرمازا بودن و خودبهخودي بودن فرآيند جذب را تأييد كرد. در آناليز احياي چرخهاي نمونه اصلاحشده پس از 5 چرخه جذب و احيا ، 28/92% ظرفيت اوليه را حفظ كرد كه نشاندهنده پايداري مناسب جاذب ميباشد. در خصوص مكانيزم جذب در نمونه پايه، جذب عمدتاً فيزيكي و ناشي از نيروهاي واندروالسي و پرشدن منافذ است؛ در حاليكه در نمونه اصلاحشده، علاوه بر جذب فيزيكي، برهمكنشهاي اسيد–باز بين CO2 و گروههاي آميني رخ ميدهد. بنابراين مكانيزم در AA-MT/PZ10 ماهيتي فيزيكي–شيميايي دارد كه عامل افزايش ظرفيت جذب است. در مجموع، اصلاح سطحي با پيپرازين موجب تقويت برهمكنشهاي فيزيكي–شيميايي و افزايش كارايي جذب CO2 شده و اين كامپوزيت را به گزينهاي كارآمد براي جذب كربن دي اكسيد تبديل ميكند.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/05
عنوان به انگليسي
Study of Titanium-Based Aerogel Adsorbents for Carbon Dioxide Capture
تاريخ بهره برداري
4/12/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
الهام مهرابي
چكيده به لاتين
Due to the increasing concentration of carbon dioxide in the atmosphere and its role in global warming, the development of an adsorbent with high adsorption capacity, low regeneration energy, and good cyclic stability is of great importance. In this study, alumina aerogel was first synthesized, followed by the synthesis of metatitanic acid. Subsequently, an alumina–metatitanic acid composite was prepared to create a stable structure with suitable surface properties. The surface of the composite was then modified with piperazine. Among the prepared samples, AA-MT/PZ10 containing 10 wt% piperazine was selected as the optimum adsorbent, showing an improvement of approximately 14.6% in adsorption performance.The structural and morphological characteristics of the adsorbents were evaluated using XRD, FTIR, BET, FESEM, and TGA analyses. To optimize the adsorption conditions, the Design of Experiments (DOE) approach and Response Surface Methodology (RSM) based on Central Composite Design (CCD) were employed. The results indicated that increasing pressure enhanced the adsorption capacity, whereas increasing temperature reduced it, confirming the exothermic nature of the adsorption process. Statistical analysis also verified the good fit of the developed model.Equilibrium and kinetic studies demonstrated that the Langmuir isotherm model provided the best fit to the experimental adsorption data, while the Avrami kinetic model showed the best agreement with the kinetic results, indicating monolayer adsorption and the multi-step nature of the adsorption process. Thermodynamic analysis confirmed that the adsorption process was both exothermic and spontaneous.In the cyclic regeneration analysis, the modified sample retained 92.28% of its initial adsorption capacity after five adsorption–desorption cycles, demonstrating good stability of the adsorbent. Regarding the adsorption mechanism, adsorption in the pristine sample was mainly physical, resulting from van der Waals forces and pore filling. In contrast, in the modified sample, in addition to physical adsorption, acid–base interactions occurred between CO₂ molecules and amine groups. Therefore, the adsorption mechanism in AA-MT/PZ10 can be described as a physico-chemical process, which is responsible for the enhanced adsorption capacity.Overall, surface modification with piperazine strengthened the physico-chemical interactions and improved the CO₂ adsorption performance, making this composite a promising adsorbent for carbon dioxide capture.
كليدواژه هاي فارسي
اروژل آلومينا-متاتيتانيكاسيد , پيپرازين , اصلاح سطح , جذب دياكسيدكربن
كليدواژه هاي لاتين
alumina aerogel–metatitanic acid , piperazine , surface modification , Carbon dioxide adsorption
Author
Elham Mehrabi
SuperVisor
Dr. Shahrukh Shah Hosseini