مطالعه تجربی و بهینه‏ سازی جذب سطحی گاز کربن دی اکسید توسط جاذب پلیمری میکرومتخلخل

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

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

چکیده

پلیمرهای با اتصال ­های عرضی زیاد (HCPs) از انواع پلیمرهای میکرو متخلخل با اندازه روزنه­ هایی در حدود نانومتر هستند که به‌منظور جذب سطحی و ذخیره‌سازی کربن دی اکسید  بسیار مورد توجه می‌باشد. در این پژوهش با استفاده از جاذب­های HCP بر پایه بنزن که بر اساس واکنش فریدل ـ کرافتس سنتز شدند به بررسی تجربی جذب  سطحی گاز کربن دی اکسید پرداخته شد. روش سطح ـ پاسخ به‌منظور بهینه‌سازی پارامترهای فرایندی و ساختاری برای افزایش ظرفیت جذب سطحی کربن دی اکسید استفاده شد. فشار و دما به‌عنوان پارامترهای  فرایندی و نسبت اتصال‌دهنده عرضی به بنزن و زمان سنتز به‌عنوان پارامترهای ساختاری جاذب و ظرفیت جذب سطحی هم به‌عنوان پاسخ در نظرگرفته شده است. مقدارهای بهینه فشار، دما، نسبت اتصال‌دهنده عرضی به بنزن و زمان سنتز که باعث بیشینه کردن ظرفیت جذب سطحی می‌شوند به ترتیب 9/5 بار، °C21، 2/2 و 5/14 ساعت می‌باشند. بر اساس این مقدارها، ظرفیت جذب سطحی کربن دی اکسید بر پایه بنزن mg/g 5/244 به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   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, 65(12): 1465-1475 )2018).
[2] فاطمه فشی، احد قائمی، پیمان مرادی، مقایسه عملکرد جاذب­های زئولیت و آلومینا با محلول پپیرازین برای افزایش شدت جذب کربن‌دی‌اکسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)39 : صفحه 99189 تا 110 (1399).
[3] مرضیه مهدی زاده، احد قائمی، مدل‌سازی و شبیه‌سازی ستون بسترثابت جذب واکنش‌دار کربن‌دی‌اکسید توسط پلی‌اسپارتامید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)38 : صفحه 189 تا 198 (1398).
[4] 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).
 [5] Karbalaei Mohammad N., Ghaemi A., Tahvildari K., Mehrdad Sharif A.A., Experimental Investigation and Modeling of CO2 Adsorption Using Modified Activated Carbon, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 39(1): 177-192 (2020).
[6] 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)
[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] Fashi F., Ghaemi A., Moradi P., Piperazine-Modified Activated Alumina as a Novel Promising Candidate for CO2 Capture: Experimental and Modeling, Greenhouse Gases: Science and Technology, 9(1): 37-51, (2019)
[9] Davankov V.A., Tsyurupa M.P., "Hypercrosslinked Polymeric Networks and Adsorbing Materials: Synthesis, Properties, Structure, and applications". Elsevier: Amsterdam, 56: (2010).
[10] Dawson R., Cooper A.I., Adams D.J., Nanoporous Organic Polymer Networks, Progress in Polymer Science. 37: 530-563 (2012).
[11] Taheri F.S., Ghaemi A., Maleki A.,  High Efficiency and Eco-Friendly TEPA-Functionalized Adsorbent with Enhanced Porosity for CO2 Capture, Energy & Fuels, (2019).
[13] Ren S., Dawson R., Laybourn A., Jiang J.-X., Khimyak Y., Adams D.J., Cooper A.I., Functional Conjugated Microporous Polymers: from 1,3,5-Benzene to 1,3,5-Triazine, Polymer Chemistry. 3: 928-934 (2012).
[14] Ren S., Bojdys M.J., Dawson R., Laybourn A., Khimyak Y.Z., Adams D.J., Cooper A.I., Porous, Fluorescent, Covalent Triazine-Based Frameworks via Room-Temperature and Microwave-Assisted Synthesis, Advanced Materials. 24: 2357-2361 (2012).
[15] Ben T., Qiu S., Porous Aromatic Frameworks: Synthesis, Structure and Functions, Cryst. Eng. Communications. 15(1): 17-26, (2013).
[16] Martin C.F., Stockel E., Clowes R., Adams D.J., Cooper A.I., Pis J.J., Rubiera F., Pevida C., Hypercrosslinked Organic Polymer Networks as Potential Adsorbents for Pre-Combustion CO2 Capture, Journal of Materials Chemistry. 21: 5475-5483 (2011).
[17] Luo Y., Li B., Wang W., Wu K., Tan B., Hypercrosslinked Aromatic Heterocyclic Microporous Polymers: A New Class of Highly Selective CO2 Capturing Materials, Advanced Materials. 24: 5703-5707 (2012).
[18] Saleh M., Lee, H.M., Kemp K.C., Kim K.S., Highly Stable CO2 /N2 and CO2 /CH4 Selectivity in Hyper-Cross-Linked Heterocyclic Porous Polymers, ACS Applied Materials & Interfaces. 6(10): 7325-733 (2014).
[19] Wang J., Song W., Yi, G., Zhang Y., Imidazolium Salts-Modified Porous Hypercrosslinked Polymers for a Synergistic CO2 Capture and Conversion, Chemical Communications. 51(60): 12076-12079 (2015).
[20] N., F., M.R. M., B. F., C. P.A.G., Hypercrosslinked Materials: Preparation, Characterisation and Applications, Polymer Chemistry. 6(41): 7231-7244, (2015).
[21] Rajangam Vinodh, E. Min Jung, Mani Ganesh, M. Mei Peng, Aziz Abidov, Muthiahpillai Palanichamy., Seog Cha, W., Tae Jang, H., Novel Microporous Hypercross-Linked Polymers as Sorbent for Volatile Organic Compounds and CO2 Adsorption, Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 21: 1231-1238, (2015).
[22] V., D., R. V., T. M., Macronet Polystyrene Structures for Ionites and Method of Producing Same, U. Patent, Editor. (1973).
[24] Li B., Gong R., Wang W., Huang X., Zhang W., Li,H., Hu C., Tan B., A New Strategy to Microporous Polymers: Knitting Rigid Aromatic Building Blocks by External Cross-Linker, Macromolecules. 44: 2410-2414 (2011).
[25] Myers R.H., Montgomery D.C., Anderson-Kook, C.M., "Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments" 4th ed., John Wiley & Son Inc. (2016).
[26] Wang, S., Song, K., Zhang, C., Shu, Y., Li, T., Tan, B., Novel Metalporphyrin-Based Microporous Organic Polymer with High CO2 Uptake and Efficient Chemical Conversion of CO2 Under Ambient Conditions, Journal of Materials Chemistry A. 5: 1509-1515, (2017).