مقایسه عملکرد اصلاح جاذب‏ های زئولیت و آلومینا با محلول پیپرازین برای افزایش شدت جذب گاز کربن دی‌اکسید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

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

چکیده

در این پژوهش جاذب­ های زئولیت x13 و آلومینای فعال برای افزایش شدت جذب کربن دی‌اکسید با محلول پیپرازین اصلاح یافتند. تأثیر شرایط گوناگون عملیاتی از جمله دما، فشار، مقدار جاذب، اندازه ذره­ ها و غلظت محلول پیپرازین بر فرایند جذب سطحی بررسی شد. نتیجه ­های آزمایش­ های جذب نشان داد که با افزایش فشار و کاهش دما، میزان جذب افزایش می ­یابد و بیش ­ترین میزان جذب کربن دی‌اکسید مربوط به دمای 25 درجه سلسیوس، فشار 8 بار، مقدار یک گرم جاذب، اندازه ذره ­ها 200 میکرون و غلظت 2 درصد وزنی پیپرازین می‌باشد. ظرفیت جذب برای آلومینای فعال از مقدار 516/166 به 008/222 میلی‌گرم بر گرم جاذب و برای زئولیت x13 از مقدار 844/193 به 084/242 میلی‌گرم بر گرم جاذب افزایش یافت. هم چنین در حالت کلی جاذب زئولیت x13 اصلاح یافته در مقایسه با آلومینای فعال اصلاح یافته دارای میزان جذب بالاتری می‌باشد ولی اصلاح سطح میزان جذب آلومینای فعال را بیش ­تر افزایش داده است. بنابراین، بر اساس نتیجه ­های این پژوهش، جاذب‌های اصلاح یافته با پیپرازین کارایی بالائی برای جذب کربن دی‌اکسید دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[2] 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, online published, 21 November (2018).
[3] 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).
[4] Pashaei H., Ghaemi A., Nasiri M., Heydarifard M., Experimental Investigation of the Effect of Nano Heavy Metal Oxide Particles in Piperazine Solution on CO2 Absorption Using Stirrer Bubble Column, Energy & Fuels, 32 (2): 2037–2052 (2018).
[5] Naeem S., Shahhosseini Sh., Ghaemi A., Simulation of CO2 Capture Using Sodium Hydroxide Solid Sorbent in a Fluidized Bed Reactor by a Multi-Layer Perceptron Neural Network, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 31: 305-312 (2016).
[6] 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).
[8] 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).
[9] Zhang G., Zhao P., Hao L., Xu Y., Amine-Modified SBA-15 (P): A Promising Adsorbent for CO2 Capture, Journal of CO2 Utilization, 24: 22-33 (2018).
[10] Tan Y.L., Islam M.A., Asif M., Hameed B.H., Adsorption of Carbon Dioxide by Sodium Hydroxide-Modified Granular Coconut Shell Activated Carbon in a Fixed Bed. Energy, 77: 926-931 (2014).
[11] Minju N., Abhilash P., Balagopal N. Nair A.,  Amine Impregnated Porous Silica Gel Sorbents Synthesized From Water–Glass Precursors for CO2 Capturing, Chemical Engineering Journal, 269: 335-342 (2015).
[12] Lara Y., Romeo L.M., Amine-impregnated Alumina Solid Sorbents for CO2 Capture. Lessons learned. Energy Procedia, 114: 2372-2379 (2017).
[13] Auta M., Hameed B., Adsorption of Carbon Dioxide by Diethanolamine Activated Alumina Beads in a Fixed Bed, Chemical Engineering Journal, 253: 350-355 (2014).
[14] Bansiwal, A., Kumar, V., Pillewan, P., Labhsetwar, N., Biniwale, R., & Rayalu, S., Functionalised Adsorbents for Carbon dioxide Capture, in Materials Challenges and Testing for Manufacturing, Mobility, Biomedical Applications and Climate., 231-245 (2014).
[17] Franchi, R.S. P.J. Harlick, and A. Sayari, Applications of Pore-Expanded Mesoporous Silica. 2. Development of a High-Capacity, Water-Tolerant Adsorbent for CO2, Industrial & Engineering Chemistry Research, 44(21):  8007-8013 (2005).
[18] Yue, M. B., Sun, L. B., Cao, Y., Wang, Y., Wang, Z. J., & Zhu, J. H., Efficient CO2 Capturer Derived from As-Synthesized MCM‐41 Modified with Amine. Chemistry-A European Journal, 14(11): 3442-3451 (2008).
[19] Jadhav, P. D., Chatti, R. V., Biniwale, R. B., Labhsetwar, N. K., Devotta, S., & Rayalu, S. S., Monoethanol Amine Modified Zeolite 13X for CO2 Adsorption At Different Temperatures, Energy & Fuels, 21(6): 3555-3559 (2007).
[20] Son W.J., Choi J.S., Ahn W.S., Adsorptive Removal of Carbon Dioxide Using Polyethyleneimine-Loaded Mesoporous Silica Materials, Microporous and Mesoporous Materials, 113(1): 31-40 (2008).
[21] Drage, T. C., Arenillas, A., Smith, K. M., & Snape, C. E., Thermal Stability of PolyethylenimineBased Carbon Dioxide Adsorbents and Its Influence on Selection Of Regeneration Strategies, Microporous and Mesoporous Materials, 116(1): 504-512 (2008).
[22] Gerente C., Lee V.K.C., Cloirec P.L., McKay G., Application of Chitosan for the Removal of Metals from Wastewaters by Adsorption—Mechanisms and Models Review, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 37(1): 41-127 (2007).
[23] Gray M.L., Champagne K.J., Fauth D., Baltrus J.P., Pennline H., Performance of Immobilized Tertiary Amine Solid Sorbents for the Capture of Carbon Dioxide. International Journal of Greenhouse Gas Control, 2(1):  3-8 (2008).
[24] Ma X.X., Wang Song C., “Molecular Basket” Sorbents for Separation of CO2 and H2S From Various Gas Streams, Journal of the American Chemical Society, 131(16): 5777-5783 (2009).
[25] Fisher J.C., Tanthana J.,. Chuang S.S, Oxide‐Supported Tetraethylenepentamine for CO2 Capture. Environmental Progress & Sustainable Energy, 28(4): 589-598 (2009).
[26] Su F., Lu C., Kuo S.C., Zeng W., Adsorption of CO2 on Amine-Functionalized Y-Type Zeolites, Energy & Fuels, 24(2): 1441-1448 (2010).
[27] Sema T., Naami A., Idem R., Tontiwachwuthikul P., Correlations For Equilibrium Solubility of Carbon Dioxide in Aqueous 4-(Diethylamino)-2-Butanol Solutions, Industrial & Engineering Chemistry Research, 50(24): 14008-14015 (2011)
[28] Abkhiz V., Heydari I., Comparison of Amine Solutions Performance for Gas Sweetening, Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering,. 9(5): 656-662 (2014).
[29] Mondal M.K., Balsora H.K., Varshney P., Progress and Trends in CO2 Capture/Separation Technologies: A Review. Energy, 46(1): 431-441 (2012).
[30] Huttenhuis P.J.G., Mohan A., Van Loo S., Versteeg G.F., Absorption of Carbonyl Sulphide in Aqueous Piperazine, in: "Institution of Chemical Engineers Symposium Series".. Institution of Chemical Engineers; (2006 ).
[31] 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 Society5(12): 1465-1475 (2018).