جذب دی‌اکسیدکربن با استفاده از محلول آبی مایع یونی پروتیک [MEA][Gly]: مطالعه آزمایشگاهی و برازش مدل

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی ، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

چکیده

ویسکوزیته نسبتا بالای مایع‌های یونی پروتیک، کاربردهای صنعتی آن‌ها را در فرایندهای جداسازی دی‌اکسیدکربن محدود می‌کند. بدین منظور، عملکرد جذب تعادلی دی‌اکسیدکربن در محلول آبی مایع یونی عامل‌دار شده با اسیدامینه گلایسین به نام مونواتانول‌آمین‌گلیسینات، [MEA][Gly]، در بازه دمایی 15/303-K 15/323 و فشارهای تعادلی گوناگون مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه‌ها نشان داد که در دمای ثابت  K15/313، با افزایش حضور آب در محلول از80% به 95 % وزنی، ظرفیت جذب دی‌اکسیدکربن از (mol/mol) 36/1 به (mol/mol) 24/2 بهبود می‌یابد که معادل 64% افزایش در میزان بارگذاری است. همچنین، با استفاده از یک معادله درجه دوم، مقدارهای عددی بارگذاری دی‌اکسیدکربن برحسب فشار جزیی دی‌اکسیدکربن برای همه غلظت‌های حلال به‌دست آمد، به‌گونه‌ای که نتیجه‌های محاسبه ‌شده تطابق خوبی با نتیجه‌های به‌دست آمده از آزمایش‌ها داشت. علاوه بر این، اندازه‌گیری چگالی و ویسکوزیته محلول [MEA][Gly]، دربازه دمایی 15/303-K 15/323 نشان داد که باکاهش حضور آب در محلول، مقدارهای آن‌ها به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد. سپس، با استفاده از معادله‌های تجربی و همبستگی داده‌های تجربی، مقدارهای چگالی و ویسکوزیته برحسب دما و کسر مولی مایع یونی تخمین زده ‌شد. همچنین، با استفاده‌از معادله کلازیوس-کلاپیرون، مقدارهای گرمای جذب دی‌اکسیدکربن در محلول آبی مایع یونی مورد مطالعه، تعیین شد. سرانجام، مطابق نتیجه‌ها معلوم شد که اگر چه [MEA][Gly] به عنوان یک جاذب نوین در فرایندهای جداسازی دی‌اکسیدکربن معرفی می‌شود، لیکن، غلظت­ های بالای این حلال، به دلیل ویسکوزیته بالای آن، غلظت مناسبی برای جذب و جداسازی دی‌اکسیدکربن نیست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] بنیادی م.، درست م.، شریفی فرد ح.، بررسی آزمایشگاهی تاثیر نانوسیال دارای نانوذره‌های کربن فعال در جذب دی‌اکسیدکربن، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)41: 153 تا 163 (1401).
[2] رستگار ز.، قائمی ا.، شیروانی م.، مطالعه تجربی جذب کربن‌دی‌اکسید با استفاده از محلول آبی پتاسیم هیدروکسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)40: 115 تا 126 (1400).
[3] علی وردی پور س.، شکوهی م.، سخائی نیا ح.، بررسی اثر افزایش سولفولان در آنتالپی جذب و دفع H2S در محلول‌های آبی متیل دی اتانول آمین با استفاده از داده‌های حلالیت، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)40: 127 تا 146 (1400).
[4] Rashidi H., Valeh-e-Sheyda P., Sahraie S., A Multiobjective Experimental based Optimization to the CO2 Capture Process using Hybrid Solvents of MEA-MeOH and MEA-Water, Energy, 190: 116430 (‌2020).
[5] Shamiri A., Shafeeyan M., Tee H., Leo C., Aroua M., Aghamohammadi N., Absorption of CO2 into Aqueous Mixtures of Glycerol and Monoethanolamine, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 35: 605-613 (2016).
[6] Usman M., Huang H., Li J., Hillestad M., Deng L., Optimization and Characterization of an Amino Acid Ionic Liquid and Polyethylene Glycol Blend Solvent for Precombustion CO2 Capture: Experiments and Model Fitting, Industrial & Engineering Chemistry Research, 55(46): 12080-12090 (2016).
[7] کامیاب مقدس ب.، کاویانی س.، مدل‌سازی عملیات جداسازی دی اکسید کربن از مخلوط گازی توسط غشای الیاف توخالی پلی پروپیلن در حضور مایع یونی [4EtSO][Emim]، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)40: 175 تا 186 (1400).
[8] Yaghini N., Nordstierna L., Martinelli A., Effect of Water on the Transport Properties of Protic and Aprotic Imidazolium Ionic Liquids–an Analysis of Self-Diffusivity, Conductivity, and Proton Exchange Mechanism, Physical Chemistry Chemical Physics, 16(20): 9266-9275 (2014).
[9] Zhang Y., Yu P., Luo Y., Absorption of CO2 by Amino Acid-Functionalized and Traditional Dicationic Ionic Liquids: Properties, Henry’s Law Constants and Mechanisms, Chemical Engineering Journal, 214: 355-363 (2013).
[10] Yu K.M.K., Curcic I., Gabriel J., Tsang S.C.E., Recent Advances in CO2 Capture and Utilization, Chemistry & Sustainability Energy & Materials, 1(11): 893-899 (2008).
[11] Feng Z., Cheng-Gang F., You-Ting W., Yuan-Tao W., Ai-Min L., Zhi-Bing Z., Absorption of CO2 in the Aqueous Solutions of Functionalized Ionic Liquids and MDEA, Chemical Engineering Journal, 160(2): 691-697 (2010).
[12] Rayer A.V., Sumon K.Z., Sema T., Henni A., Idem R.O., Tontiwachwuthikul P., Part 5c: Solvent Chemistry: Solubility of CO2 in Reactive Solvents for Post-Combustion CO2, Carbon Management, 3(5): 467-484 (2012).
[13] Lu J.-G., Lu Z.-Y., Cao S., Gao L., Gao X., Wang J.-T., Tang Y.-Q.,  Chen Y.,  Synthesis, Characterization, Physical Properties, and CO2 Absorption Performance of Monoethanolamine Glycinate Ionic Liquid, Journal of Solution Chemistry, 44(10): 1997-2007 (2015).
[14] Lu J.-G., Ge H., Chen Y., Ren R.-T., Xu Y., Zhao Y.-X., Zhao X., Qian H., CO2 Capture using a Functional Protic Ionic Liquid by Membrane Absorption, Journal of the Energy Institute, 90(6): 933-940 (2017).
[15] Jouyban A., Mirheydari S.N., Barzegar-Jalali M., Shekaari H., Acree W.E., Comprehensive Models for Density Prediction of Ionic Liquid+Molecular Solvent Mixtures at Different Temperatures, Physics and Chemistry of Liquids, 58(3): 309-324 (2020).
[16] Chen B.-K., Liang M.-J., Wu T.-Y., Wang H.P., A High Correlate and Simplified QSPR for Viscosity of Imidazolium-based Ionic Liquids, Fluid Phase Equilibria, 350: 37-42 (2013).
[17] Bini R., Malvaldi M., Pitner W.R., Chiappe C., QSPR Correlation for Conductivities and Viscosities of Low‐Temperature Melting Ionic Liquids, Journal of Physical Organic Chemistry, 21(7‐8): 622-629 (2008).
[18] Geng T., Duan S., Jiang Y., Ju H., Wang Y., Viscosity, Electrical Conductivity, Density and Surface Tension of Methyltriphenylphosphonium Carboxylate Ionic Liquids, Bulletin of the Chemical Society of Japan, 92(3): 578-584 (2019).
[19] Zhang Q., Cai S., Zhang W., Lan Y., Zhang X., Density, Viscosity, Conductivity, Refractive Index and Interaction Study of Binary Mixtures of the Ionic Liquid 1–Ethyl–3–Methylimidazolium Acetate with Methyldiethanolamine, Journal of Molecular Liquids, 233: 471-478 (2017).
[20] Akbari M., Valeh-e-Sheyda P., CO2 Equilibrium Solubility in and Physical Properties for Monoethanolamine Glycinate at Low Pressures, Process Safety and Environmental Protection, 132: 116-125 (2019).
[21] Ma J.-W., Zhou Z., Zhang F., Fang C.-G., Wu Y.-T., Zhang Z.-B.,  Li A.-M., Ditetraalkylammonium Amino Acid Ionic Liquids as CO2 Absorbents of High Capacity, Environmental Science & Technology, 45(24): 10627-10633 (2011).
[22] Cai D., Saengprachum N., Lin Z., Qiu T., Thermophysical Properties of 4-Dimethylaminopyridine based Ionic Liquids, Journal of Molecular Liquids, 297: 111875 (2020).
[23] Aronu U., Amine and Amino Acid Absorbents for CO2 Capture, Ph.D. Dissertation,  Norwegian University of Science and Technology, (2011).
[24] Lu J.-G., Fan F., Liu C., Zhang H., Ji Y., Chen M.-D., Density, Viscosity, and Surface Tension of Aqueous Solutions of Potassium Glycinate + Piperazine in the Range of (288.15 to 323.15) K, Journal of Chemical & Engineering Data, 56(5): 2706-2709 (2011).
[25] Carroll J.J., Slupsky J.D., Mather A.E., The Solubility of Carbon Dioxide in Water at Low Pressure, Journal of Physical and Chemical Reference Data, 20(6): 1201-1209 (1991).
[26] Shiflett M.B., Yokozeki A., Solubilities and Diffusivities of Carbon Dioxide in Ionic Liquids:[bmim][PF6] and [bmim][BF4], Industrial & Engineering Chemistry Research, 44(12): 4453-4464 (2005).
[27] Chen Y., Guo K., Bi Y., Zhou L., Phase Equilibrium of (CO2+ 1-Aminopropyl-3-Methylimidazolium Bromide+ Water) Electrolyte System and Effects of Aqueous Medium on CO2 Solubility: Experiment and Modeling, The Journal of Chemical Thermodynamics, 107: 65-78 (2017).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار