بررسی تجربی مکانیسم‌های انتقال جرم و مدل سطح پاسخ جذب گاز کربن دی‌اکسید در نانو سیال آب ـ آلومینیوم هیدروکسید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

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

چکیده

با افزایش نشر گازهای اسیدی و لزوم حذف گاز کربن دی‌اکسید یکی از گازهای  اسیدی با نشر فزاینده، نانو سیالات بهعنوان سیالاتی با قابلیت انتقال جرم بالا برای بهبود جذب گاز پیشنهاد و موردمطالعه قرار گرفت. در این پژوهش نانو سیال آب ـ  آلومینیوم هیدروکسید که از نانوذره­ های­ آبدوست با قابلیت بهبود پایداری نانو سیال تشکیلشدهاند استفاده و با بررسی اثر بارگذاری نانوذره ­ها بر بهبود جذب، افزایش و سپس کاهش جذب دیده شد. برای توجیه بهبود ایجاد شده، از مکانیسمهای اثر براونی، شاتل و هیدرودینامیک و برای توجیه افت رویداده از اثر افزایش گرانروی نانو سیال استفاده شد و با توجه به ویژگی­ های سطحی نانوذره مورداستفاده، اثربخشی مکانیسمهای بهبوددهنده تفکیک و اثبات شد. با انتخاب مقدارهای بهینه برای مدل سطح پاسخ با در نظرگیری آنالیز حساسیت نسب به درصد بارگذاری ذره ها، اثر فشار، دور همزن و درصد بارگذاری دربازه­ های دقیقتر مطالعه و نتیجه­ ها نشانگر تأثیرگذاری منفی پارامتر فشار، و تأثیر افزایشی و سپس کاهش پارامتر شدت هم زدن و درصد بارگذاری میباشد به طوری که مقدار بیشینه فاکتور بهبود جذب در مقدار 012/39  درصدی بهدستآمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Naeem S., Ghaemi A., Shahhosseini S., Experimental Investigation of CO2 Capture Using Sodium Hydroxide Particles in a Fluidized Bed, Korean J. Chem. Eng., 33:1278-1285 (2016).
[2] Karbalaei Mohammad N., Ghaemi A., Tahvildari K., Hydroxide Modified Activated Alumina as an Adsorbent for CO2 Adsorption: Experimental and Modeling, Int. J. Greenhouse Gas Control, 88: 24-37 (2019).
[3] نیوشا کربلایی محمدی، احد قائمی، مقایسه عملکرد جاذب­های اصلاح شده کربن فعال و آلومینا با محلول­های هیروکسیدی برای افزایش شدت جذب کربن‌دی‌اکسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)40: 89 تا 96 (1400).
[4] 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: 99 تا 110 (1399).
[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] 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).
[7] 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]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).
[9] Karbalaei Mohammad N., Ghaemi A., Tahvildari K., Mehrdad Sharif A.A., Experimental Investigation and Modeling of CO2 Adsorption Using Modified Activated Carbon, Iran.J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 39(1): 177-192 (2020).
[10] حمید رمضانی­ پورپنجاه، احد قائمی، حسین قنادزاده گیلانی، مطالعه تجربی و بهینه­سازی جذب سطحی کربن دی توسط جاذب پلیمری میکرو متخلخل، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 40(2): 95 تا 104 (1400).
 [11] 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).
[14] Kim W.-G., Kang H. U., Jung K.-M., Kim S.H. Synthesis of Silica Nanofluid and Application to CO2 Absorption. Sep. Sci. Technol. 43: 3036-3055 (2008).
[16] Samadi Z., Haghshenasfard M., Moheb A., CO2 Absorption Using Nanofluids in a Wetted-Wall Column with External Magnetic Field. Chem. Eng. Technol. 37: 462-470 (2014).
[18] Kim J.H., Jung C. W., Kang, Y.T., Mass Transfer Enhancement During CO2 Absorption Process in Methanol/Al2O3 Nanofluids. Int. J. Heat Mass Transf. 76: 484-491 (2014).
[19] Karimi Darvanjooghi M.H., Pahlevaninezhad M., Abdollahi A., Davoodi S.M., Investigation of the Effect of Magnetic Field on Mass Transfer Parameters of CO2 Absorption Using Fe3 O4 -Water Nanofluid. AIChE J. doi:10.1002/aic.15571, (2016).
[20] Wang, T. et al. Enhanced CO2 Absorption and Desorption by Monoethanolamine (MEA)-Based Nanoparticle Suspensions. Ind. Eng. Chem. Res. 55: 7830-7838 (2016).
[21] Rahmatmand B., Keshavarz P., Ayatollahi S. Study of Absorption Enhancement of CO2 by SiO2, Al2O 3, CNT, and Fe3O4 Nanoparticles in Water and Amine Solutions. J. Chem. Eng. Data 61: 1378–1387 (2016).
[22] Nabipour M., Keshavarz P., Raeissi S., Experimental Investigation on CO2 Absorption in Sulfinol-M Based Fe3O4 and MWCNT Nanofluids. Int. J. Refrig. 73: (2016).
[23] Lu S., Song J., Li Y., Xing M., He Q., Improvement of CO2 Absorption Using AL2O3 Nanofluids in a Stirred Thermostatic Reactor. Can. J. Chem. Eng. 93: 935-941 (2015).
[24] Jorge L., Coulombe S., Girard-Lauriault P.-L., Nanofluids Containing MWCNTs Coated with Nitrogen-Rich Plasma Polymer Films for CO2 Absorption in Aqueous Medium. Plasma Process. Polym. 12: n/a-n/a (2015).
[25] Lu S., Zhao Y., Song J., Li Y., Experimental Studies of CO2 Absorption Enhancement in Water-Based Nanofluids of Carbon Nanotubes. Brazilian J. Chem. Eng. 34: 597-606 (2017).
[26] Farzani Tolesorkhi, S., Esmaeilzadeh, F. & Riazi, M. Experimental and Theoretical Investigation of CO2 Mass Transfer Enhancement of Silica Nanoparticles in Water. Pet. Res. 3: 370-380 (2018).
[27] Li S., Ding Y., Du K., Zhang X., Measurement of Thermophysical Properties of TiO2-MDEA-H2O Nanofluids. Jiangsu Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban)/Journal Jiangsu Univ. (Natural Sci. Ed(. 34: (2013).
[28] Bardool, R., Bakhtyari A., Esmaeilzadeh F., Wang X., Nanofluid Viscosity Modeling Based on the Friction Theory. J. Mol. Liq. 286: 110923 (2019).
[29] Zhang N., Zhang X., Pan Z., Zhang Z., A Brief Review of Enhanced Co2 Absorption by Nanoparticles. Int. J. Energy and Clean Environ. 19: 201-215 (2018).
[30] Saeidi M., Ghaemi A., Tahvildari K., Mehrdad Sharif A.A., Exploiting Response Surface Methodology (RSM) as a Novel Approach for the Optimization of Carbon Dioxide Adsorption by Dry Sodium Hydroxide. J. Chinese Chem. Soc., 1-11(2018).