بررسی آزمایشگاهی تاثیر نانوسیال دارای نانوذره‌های کربن فعال در جذب کربن دی‌اکسید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

چکیده

افزایش گاز­های گلخانه ­ای به ویژه گاز کربن دی‌اکسید، از خطرات جدی تهدید­کننده محیط‌ زیست و بالا رفتن دمای کره زمین محسوب می­ شود. یکی از روش­ های جداسازی و کاهش گازهای گلخانه‌ای  مبتنی بر جذب فیزیکی و شیمیایی توسط نانوسیال است.  هدف اصلی این پژوهش بررسی اثر نانوسیال پایه آبی دارای نانوذره‌های کربن فعال سنتز شده از دورریزهای کشاورزی درغلظت­ های گوناگون نانوذره بر روی میزان جذب گاز  کربن دی‌اکسید می­ باشد. بدین منظور نخست نانوذره‌های کربن فعال از پوست گردو سنتز شدند و مشخصه‌های فیزیکی-شیمیایی نانوذره‌های سنتز شده توسط آنالیز­های FESEM،  FTIR و BET تعیین شد و به کمک این نانوذره‌ها، نانوسیال‌ها در غلظت­ های گوناگون شامل ۰۲/۰، ۰۵/۰ و ۱/۰ درصد وزنی ساخته شد. سپس در یک سلول تعادلی با تحمل فشار بالا و دارای همزن مغناطیسی، اثر نانوسیال‌های ساخته شده بر فرایند جذب گاز کربن دی‌اکسید در دمای ۳۵ درجه سلسیوس و فشار­های ۲۰، ۳۰ و ۴۰ بار مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت و نتیجه‌های آن با آب خالص مقایسه شد. نتیجه‌ها نشان داد که با افزایش غلظت نانوذره و فشار اولیه میزان جذب کربن دی‌اکسید افزایش می ­یابد. به گونه­ ای که بیش­ترین میزان جذب در فشار ۴۰ بار و در نانوسیال با غلظت ۱/۰ درصد وزنی اتفاق می­ افتد که در این حالت میزان جذب ۲۹ درصد بیشتر از آب خالص می­ باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] Jayanthakumaran K., Verma R., Liu Y., CO2 Emissions, Energy Consumption, Trade and Income: a Comparative Analysis of China and India, Energy Policy, 42: 450-460 (2012).
[2] Breidenich C., Magraw D., Rowley A., Rubin J., The Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change, American Journal of International Law, 92(2): 315-331 (1998).
[3] Theo W.L., Lim J.S., Hashim H., Mustaffa A.A.,  Ho W.S., Review of Pre-Combustion Capture and Ionic Liquid in Carbon Capture and Storage, Applied Energy, 183: 1633-1663 (2016).
[4] نجف­لو ا.، مدل‌سازی ترمودینامیکی جذب دی اکسید کربن در محلول آبی متیل دی اتانول آمین، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)38: 183 تا 194 (1388).
[6] Smith K.H., Anderson C.J., Tao W., Endo K., Mumford K.A., Kentish S.E.,  Stevens G.W., Pre-Combustion Capture of CO2—Results from Solvent Absorption Pilot Plant Trials Using 30 wt% Potassium Carbonate and Boric Acid Promoted Potassium Carbonate SolventInternational Journal of Greenhouse Gas Control10: 64-73 (2012).
[7] Yogesh G.K., Shuaib E.P., Sastikumar D., Photoluminescence Properties of Carbon Nanoparticles Synthesized from Activated Carbon Powder (4% Ash) by Laser Ablation in Solution, Materials Research Bulletin91: 220-226 ‏(2017).
[8] Poongavanam G.K., Ramalingam V., Characteristics Investigation on Thermophysical Properties of Synthesized Activated Carbon Nanoparticles Dispersed in Solar Glycol, International Journal of Thermal Sciences136: 15-32 ‏(2019).
[9] Rahmatmand B., Keshavarz P.,  Ayatollahi S., Study of Absorption Enhancement of CO2 by SiO2, Al2O3, CNT, and Fe3O4 Nanoparticles in Water and Amine SolutionsJournal of Chemical & Engineering Data, 61(4): 1378-1387 (2016).
[10] Nabipour M., Keshavarz P., Raeissi S., Experimental Investigation on CO2 Absorption in Sulfinol-M based Fe3O4 and MWCNT NanofluidsInternational Journal of Refrigeration73: 1-10 (2017).
[11] Rashidi H., Sohrabi R., Detailed Performance Model of Carbon Dioxide Absorption Utilizing Titanium Dioxide Nanoparticles in a Wetted Wall ColumnEnvironmental Progress Sustainable Energy, 38: 13211 (2019).
[12] Lu C., Bai H., Wu B., Su F., Hwang J.F., Comparative Study of CO2 Capture by Carbon Nanotubes, Activated Carbons, and Zeolites, Energy & Fuels22(5): 3050-3056 ‏(2008).
[13] Kim W.G., Kang H.U., Jung K.M., Kim S.H., Synthesis of Silica Nanofluid and Application to CO2 AbsorptionSeparation Science and Technology43(11-12): 3036-3055 (2008).
[14] Aber S., Zarei M., Niaei A., Joshani Koshky H., Effect of Carbon Nanotubes and Activated Carbon Addition to the Blends of Monoethanolamine and Triethanolamine on CO2 Absorption at Low Partial PressuresInternational Journal of Energy and Environmental Engineering1(1): 49-55 ‏(2010).
[15] Tutuk D.K., Ahmad F.I., Nyoman I., Seno J., CO2 Removal from Biogas Using Carbon Nanotubes Mixed Matrix Membranes, International Journal of Science and Engineering1(1): 1-6 (2010).
[16] Razavi S.S., Hashemianzadeh S.M., Karimi H., Modeling the Adsorptive Selectivity of Carbon Nanotubes for Effective Separation of CO2/N2 MixturesJournal of Molecular Modeling17(5): 1163-1172 (2011).
[17] Jung J.Y., Lee J.W., Kang Y.T., CO2 Absorption Characteristics of Nanoparticle Suspensions in Methanol, Journal of Mechanical Science and Technology26(8): 2285-2290 (2012).
[18] Pineda I.T., Lee J.W., Jung I., Kang Y.T., CO2 Absorption Enhancement by Methanol-Based Al2O3 and SiO2 Nanofluids in a Tray Column Absorber, International Journal of Refrigeration35(5): 1402-1409 (2012).
[19] Golkhar A., Keshavarz P., Mowla D., Investigation of CO2 Removal by Silica and CNT Nanofluids in Microporous Hollow Fiber Membrane ContactorsJournal of Membrane Science433: 17-24 (2013).
[20] Lee J.W.,  Kang Y.T., CO2 Absorption Enhancement by Al2O3 Nanoparticles in NaCl Aqueous SolutionEnergy, 53: 206-211 (2013).
[21] چالکش امیری م.، "مفاهیم انتقال جرم"، انتشارات ارکان ‏دانش (1387).
[22] Zhang Z., Cai J., Chen F., Li H., Zhang W., Qi W., Progress in Enhancement of CO2 Absorption by Nanofluids: A Mini Review of Mechanisms and Current StatusRenewable Energy118: 527-535 (2018).
[23] Rashidi N.A., Yusup S., An Overview of Activated Carbons Utilization for the Post-Combustion Carbon Dioxide Capture. Journal of CO2 Utilization, 13: 1-16 (2016).
[24] Bae J.S., Su S., Macadamia Nut Shell-Derived Carbon Composites for Post Combustion CO2 Capture, International Journal of Greenhouse Gas Control, 19: 174-182 (2013).
[25] Sarkar S.C., Bose A., Role of Activated Carbon Pellets in Carbon Dioxide Removal, Energy Conversion and Management, 38: 105-110 (1997).
[26] اسدی سنگاچینی ز.، یونسی ح.ا.، محمدی گلنگش ح.ا.، "تولید کربن فعال از پوسته گردو برای جذب گاز دی اکسید کربنهشتمین سمینار ملی شیمی و محیط زیست ایران، دانشگاه خوارزمی، کرج (1396).
[27] تمنانلو ج.، فاطمی ش.، "جذب دینامیک مخلوط گازهای هیدروژن، دی اکسید کربن و متان توسط بستر جذب کربن فعالپانزدهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، دانشگاه تهران، تهران (1393).
[28] Li W.Z., Xie S.S., Qian L., Chang B.H., Zou B.S., Zhou W.Y., Wang G., Large-Scale Synthesis of Aligned Carbon Nanotubes, Science274(5293): 1701-1703 (1996).
[29] شریفی فرد ح.، هاشمی شهرکی ز.، لشنی زادگان ا.، مدل‌سازی انتقال جرم فرایند جذب سطحی کادمیوم با کربن فعال سنتز شده از تفاله انگور، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)39: 171 تا 183 (1399).
[30] Shahraki Z.H., Sharififard H., Lashanizadegan A., Grape Stalks Biomass as Raw Material for Activated Carbon Production: Synthesis, Characterization and Adsorption AbilityMaterials Research Express5(5): 055603 (2018).
[31] Poongavanam G.K., Ramalingam V., Characteristics Investigation on Thermophysical Properties of Synthesized Activated Carbon Nanoparticles Dispersed in Solar Glycol, International Journal of Thermal Science, 136: 15-32 (2019).
[32] Darvanjooghi M.H.K., Esfahany M.N., Esmaeili-Faraj S.H., Investigation of the Effects of Nanoparticle Size on CO2 Absorption by Silica-Water NanofluidSeparation and Purification Technology195: 208-215 (2018).