مقایسه عملکرد جاذب‏ های اصلاح شده کربن ‌فعال و آلومینا با محلول های هیدروکسیدی برای افزایش شدت جذب گاز کربن دی اکسید

کربلائی محمد, نیوشا; قائمی, احد

مقایسه عملکرد جاذب‏ های اصلاح شده کربن ‌فعال و آلومینا با محلول های هیدروکسیدی برای افزایش شدت جذب گاز کربن دی اکسید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشکده شیمی، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران، ایران

² دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش برای افزایش شدت جذب سطحی گاز کربن دی اکسید، جاذبهای کربن فعال و آلومینای فعال با محلول های سدیم هیدروکسید و پتاسیم هیدروکسید اصلاح یافتند. تأثیر پارامترهای گوناگون عملیاتی از جمله مقدار جاذب، غلظت محلول هیدروکسیدی، دما و فشار بر فرایند جذب سطحی بررسی شد. نتیجه های آزمایش های جذب نشان داد که با کاهش دما و افزایش فشار، ظرفیت جذب گاز کربن دی اکسید افزایش می یابد و شرایط بهینه جذب کربن دی اکسید مربوط به دمای 20 درجه سلسیوس، فشار 6 بار، مقدار 2 گرم جاذب و غلظت 30 درصد وزنی سدیم هیدروکسید و پتاسیم هیدروکسید می‌باشد. دراین شرایط عملیاتی، ظرفیت جذب کربن دی اکسید برای کربن فعال اصلاح شده با محلول های هیدروکسیدی سدیم و پتاسیم به ترتیببرابر با 32/104 و 00/84 میلی گرم بر گرم جاذب به دست آمد که نشان دهنده افزایش 83 و 48 درصدی کربن فعال اصلاح یافته در مقایسه با کربن فعال اصلاح نیافته می باشد. این در حالی است که ظرفیت جذب کربن دی اکسید برای آلومینای فعال اصلاح شده با محلول های هیدروکسیدی سدیم و پتاسیم به ترتیب برابر با 70/146 و 84/130 میلی گرم بر گرم جاذب به دست آمد که نشان دهنده افزایش 65 و 47 درصدی آلومیناهای فعال اصلاح یافته در مقایسه با آلومینای فعال اصلاح نیافته می باشد. در حالت کلی جاذب آلومینای فعال اصلاح یافته در مقایسه با کربن فعال اصلاح یافته دارای ظرفیت جذب کربن دی اکسید بالاتری می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Pashaei H., Ghaemi A., Nasiri M., Experimental Investigation of CO₂ Removal Using Piperazine Solution in a Stirrer Bubble Column, International Journal of Greenhouse Gas Control, 63: 226-240 (2017).

[2] Sayari A., Belmabkhout Y., Serna-Guerrero R., Flue Gas Treatment via CO₂ Adsorption, Chemical Engineering Journal, 171: 760-774 (2011).

[3] Norouzbahari S., Shahhosseini S., Ghaemi A., Modeling of CO₂ Loading in Aqueous Solutions of Piperazine: Application of an Enhanced Artificial Neural Network Algorithm, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 24: 18-25 (2015).

[4] Elkhalifah A.E., Bustam M.A., Shariff A., Murugesan T., Selective Adsorption of CO₂ on a Regenerable Amine-Bentonite Hybrid Adsorbent, Applied Clay Science, 107: 213-219 (2015).

[5] زهرا رستگار، احد قائمی، منصور شیروانی، مطالعه تجربی کربن دی اکسید با استفاده از محلول آبی پتاسیم هیدروکسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)40: 115تا 126 (1400).

[6] Taheri F.S., Ghaemi A., Maleki A., Shahhosseini S., High CO₂ Adsorption on Amine-Functionalized Improved Mesoporous Silica Nanotube as an Eco-Friendly Nanocomposite, Energy and Fuels, 33: 5384-5397 (2019).

[7] Taheri F.S., Ghaemi A., Maleki A., Shahhosseini S., High CO₂ Adsorption on Amine-Functionalized Improved Mesoporous Silica Nanotube as an Eco-Friendly Nanocomposite, Energy and Fuels, 33: 5384-5397 (2019).

[8] Naeem S., Ghaemi A., Shahhosseini S., Experimental Investigation of CO₂ Capture Using Sodium Hydroxide Particles in a Fluidized Bed, Korean Journal of Chemical Engineering, 33: 1278-1285 (2016).

[9] C.E. Powell, G.G. Qiao, Polymeric CO₂/N₂ Gas Separation Membranes for the Capture of Carbon Dioxide from Power Plant Flue Gases, Journal of Membrane Science, 279: 1-49 (2006).

[10] Zhang Z., Chen F., Rezakazemi M., Zhang W., Lu C., Chang H., Quan X., Modeling of a CO₂-Piperazine-Membrane Absorption System, Chemical Engineering Research and Design, 131: 375-384 (2018).

[11] Shirazian S., Marjani A., Rezakazemi M., Separation of CO₂ by Single and Mixed Aqueous Amine Solvents in Membrane Contactors: Fluid Flow and Mass Transfer Modeling, Engineering with Computers, 28: 189-198 (2012).

[12] Norouzbahari S., Shahhosseini S., Ghaemi A., Chemical Absorption of CO₂ into an Aqueous Piperazine (PZ) Solution: Development and Validation of a Rigorous Dynamic Rate-Based Model, RSC Advances, 6: 40017-40032 (2016).

[13] Ghaemi A., Torab-Mostaedi M., Maragheh M.G., Shahhosseini S., Kinetics and Absorption Rate of CO₂ into Partially Carbonated Ammonia Solutions, Chemical Engineering Communications, 198: 1169-1181 (2011).

[14] Gao J., Yin J., Zhu F., Chen X., Tong M., Kang W., Zhou Y., Lu J., Experimental Study of a Hybrid Solvent MEA-Methanol for Post-Combustion CO₂ Absorption in an Absorber Packed With Three Different Packing: Sulzer BX500, Mellapale Y500, Pall Rings 16×16, Separation and Purification Technology, 163: 23-29 (2016).

[15] Díez N., Álvarez P., Granda M., Blanco C., Santamaría R., Menéndez R., CO₂ Adsorption Capacity and Kinetics in Nitrogen-Enriched Activated Carbon Fibers Prepared by Different Methods, Chemical Engineering Journal, 281: 704-712 (2015).

[16] Karbalaei Mohammad N., Ahad Ghaemi, Kambiz Tahvildari, Amir Abdollah Mehrdad Sharif, Experimental Investigation and Modeling of CO₂ Adsorption Using Modified Activated Carbon, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 39(1): 177-192 (2020).

[17] Wang, Q. Luo, J. Zhong, Z. Borgna, A. CO₂ Capture by Solid Adsorbents and Their Applications: Current Status شnd New Trends, Energy & Environmental Science, 4: 42-55 (2011).

[18] Karbalaei Mohammad, N. Ghaemi, A. Tahvildari, K., Hydroxide Modified Activated Alumina as an Adsorbent for CO₂ Adsorption: Experimental and Modeling, International Journal of Greenhouse Gas Control, 88: 24-37 (2019).

[19] Samanta, A. Zhao, A. Shimizu, G.K. Sarkar, P. Gupta, R. Post-Combustion CO₂ Capture Using Solid Sorbents: A Review, Industrial & Engineering Chemistry Research, 51: 1438-1463 (2011).

[20] Tan, Y. Islam, M.A. Asif, M. Hameed, B. Adsorption of Carbon Dioxide by Sodium Hydroxide-Modified Granular Coconut Shell Activated Carbon in a Fixed Bed, Energy, 77: 926-931 (2014).

[21] Lee, S.-Y. Park, S.-J. A Review on Solid Adsorbents for Carbon Dioxide Capture, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 23: 1-11 (2015).

[22] Auta, M. Darbis, N.A. Din, A.M. Hameed, B. Fixed-Bed Column Adsorption of Carbon Dioxide by Sodium Hydroxide Modified Activated Alumina, Chemical Engineering Journal, 233: 80-87 (2013).

[23] García, S. Gil, M. Martín, C. Pis, J. Rubiera, F. Pevida, C. Breakthrough Adsorption Study
of a Commercial Activated Carbon for Pre-Combustion CO₂ Capture, Chemical Engineering Journal, 171: 549-556 (2011).

[24] Dali, A.M. Ibrahem, A.S. Hadi, A. General Study About Activated Carbon for Adsorption Carbon Dioxide, Journal of Purity, Utility Reaction and Environment, 1: 236-251 (2012).

[25] Sreńscek-Nazzal, J. Narkiewicz, U. Morawski, A. Wróbel, R. Gęsikiewicz-Puchalska, A. Michalkiewicz, B. Modification of Commercial Activated Carbons for CO₂ Adsorption, Acta Physica Polonica, A., 129 (2016).

[26] Wei, L. Jing, Y. Gao, Z. Wang, Y. Development of a Pentaethylenehexamine-Modified Solid Support Adsorbent for CO₂ Capture from Model Flue Gas, Chinese Journal of Chemical Engineering, 23: 366-371 (2015).

[27] Shahkarami, S. Azargohar, R. Dalai, A.K. Soltan, J. Breakthrough CO₂ Adsorption in Bio-Based Activated Carbons, Journal of Environmental Sciences, 34: 68-76 (2015).

[28] Chen, J.H. Wong, D.S.H. Tan, C.S. Subramanian, R. Lira, C.T. Orth, M. Adsorption and Desorption of Carbon Dioxide Onto and from Activated Carbon at High Pressures, Industrial & Engineering Chemistry Research, 36: 2808-2815 (1997).

[29] Saeidi, M. Ghaemi, A. Tahvildari, K. Derakhshi, P. Exploiting Response Surface Methodology (RSM) as a Novel Approach for the Optimization of Carbon Dioxide Adsorption by dry Sodium Hydroxide, Journal of the Chinese Chemical Society, (2018).

[30] Durán-Valle, C.J. Techniques Employed in the Physicochemical Characterization of Activated Carbons, in: "Lignocellulosic Precursors Used in the Synthesis of Activated Carbon-Characterization Techniques and Applications in the Wastewater Treatment", InTech, (2012).