مطالعه تجربي و مدل‌سازي جذب دي‌اكسيد كربن با استفاده از نانو ساختار مونتموريلونيت اصلاح‌يافته

كارشناسي ارشد

امروزه تمايل به استفاده از جاذب‌هاي معدني به دليل هزينه پايين در جذب گاز دودكش، حاصل از نيروگاه-هاي سوخت فسيلي افزايش‌يافته است. هدف از اين كار بهينه¬سازي شرايط عملياتي جذب CO2 به‌وسيله جاذب مونت¬موريلونيت در راكتور ناپيوسته و بهينه‌سازي جاذب جهت بهبود ظرفيت جذب است. مشخصات ساختاري جاذب به‌وسيله‌ي تكنيك¬هاي مختلف ازجمله FTIR، BET، SEM و XRD ارائه‌شده است. براي بهينه¬سازي شرايط عملياتي جذب از طراحي آزمايش با استفاده از روش سطح پاسخ استفاده شد و چهار فاكتور دما و فشار راكتور به ترتيب در محدوده °C 65-25 و bar 9-1، غلظت اسيد جهت فعال¬سازي سطح در محدوده mol/lit 6-2 و درصد وزني اصلاح‌كننده سطح (هيدرازين هيدرات و يا سديم هيدروكسيد) در محدوده %w/w 40-0، به‌عنوان متغيرهاي ورودي و ظرفيت جذب (mg/g) و درصد جذب به‌عنوان پاسخ در نظر گرفته شد. شرايط بهينه در نقطه¬اي معرفي شد كه ظرفيت و درصد جذب در بيشترين مقدار ممكن باشد. براي جاذب مونت¬موريلونيت مقدار بهينه‌دما و فشار به ترتيب °C 25 و bar 9 و ظرفيت جذب mg.g-1 100.67، همچنين براي مونت¬موريلونيت اصلاح يافته با هيدرازين مقدار بهينه‌دما، فشار، غلظت اسيد جهت فعال¬سازي سطح و درصد وزني هيدرازين جهت اصلاح سطح به ترتيب °C 25، bar 8.99، mol/lit 4.03 و %w/w 16.23 و ظرفيت جذب mg.g-1 102.213 به دست آمد. همچنين براي مونت¬موريلونيت اصلاح‌شده با سديم هيدروكسيد شرايط بهينه متغيرهاي ورودي به ترتيب °C 64.97، bar 1.00، mol/lit 5.92 و %w/w 39.99 و ظرفيت جذب mg.g-1 105.583 به دست آمد. علاوه بر اين، آزمايش‌هاي اضافي به‌منظور بررسي مدل¬هاي ايزوترمي، سنتيكي و همچنين ترموديناميك جذب انجام‌شده است. با توجه به مقادير R2، براي جاذب مونت¬موريلونيت و نمونه اصلاح يافته با سديم هيدروكسيد، مدل ايزوترم به ترتيب مطابق مدل ايزوترم D-R و توث بوده كه نشان‌دهنده‌ي مكانيسم جذب با توزيع انرژي گاوسي بر روي يك سطح ناهمگن است. براي جاذب مونت¬موريلونيت اصلاح يافته با هيدرازين مدل ايزوترم مطابق با مدل هيل مي¬باشد كه نشان¬دهنده¬ي تعادلي بودن پيوند جذب¬شونده با سايت¬هاي جذب و تأثير متقابل سايت¬ها بر هم است. بررسي مدل¬هاي سنتيك بر اساس مقادير R2، نشان داد در نمونه مونت¬موريلونيت مدل سنتيكي مرتبه دوم و براي نمونه¬هاي مونت¬موريلونيت اصلاح يافته با هيدرازين و سديم هيدروكسيد، مدل سنتيك الوويچ بهترين برازش را به داده‌هاي جذب CO2 فراهم مي‌كند. به‌طوركلي، اتصال CO2 در مونت¬موريلونيت اصلاح يافته به نظر مي‌رسد كه بيشتر تحت تأثير نفوذ و شكل‌گيري پيوندهاي شيميايي داخل ذرات باشد.

193102

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي فرايند و كنترل

دكتر احد قائمي