فرآوری کلوییدی دام اندازی CO2 مونولیتهای زئولیت قربانی شوندگی

فرآوری کلوییدی دام اندازی CO2 مونولیتهای زئولیت قربانی شوندگی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

فرآوری کلوییدی و عملکرد به دام اندازی CO₂ در مونولیتهای زئولیت با الگوی قربانی شوندگی / فدا شدگی

چکیده

الگوبرداری قربانی شوندگی بخش سوسپانسیون و مونولیتهای زئولیتی که بعدا با کره ها و الیاف کربنی شیشه ای فرآوری گرمایی شده اند، مونولیتهای زئولیت ۱۳X و سیلیکات- ۱ با ماکروتخلخلهایی تا ۵۰ درصد حجمی ایجاد می کنند. توزیع یکنواخت ماکروتخلخلی در مونولیتهای متخلخل مرتبه ای بوسیله بررسی شیمی سطح ذرات کربن توسط جذب سطحی ذرات زئولیت به کمک پلی الکترولیت به دست آمد. اثر مقدار چسب کائولین و دما در فراوری گرمایی بر استحکام مونولیت، مساحت سطح و جذب CO₂ بوسیله آزمایشهای تراکم قطری، میکروسکوپی الکترونی، پراش پرتو X و جذب سطحی گاز مورد مطالعه قرار گرفت. جذب سطحی چرخه ای و اندازه گیریهای بازسازی نشان داد که مونولیتهای زئولیت ۱۳X جذب CO₂ بالایی نشان می دهند درحالیکه مونولیتهای سیلیکات- ۱ می توانند با صرف انرژی نسبتا کمی بازسازی شوند.

کلید واژه ها: تخلخل، زئولیت، فرآوری کلوییدی، جاذب، به دام اندازیCO₂، الگوی قربانی شوندگی

فرآوری کلوییدی دام اندازی CO2 مونولیتهای زئولیت قربانی شوندگی

۱- مقدمه

به دام اندازیCO₂ در منابع نقطه ای بزرگ مانند دستگاههای مولد نیرو (موتورهای برق) به عنوان یک راه ممکن برای کاهش تغییر اقلیمی مربوط به افزایش غلظت CO₂ در اتمسفر پبشنهاد شده است (۵-۱). تکنولوژیهای به دام اندازیCO₂ از گاز دودکش دستگاه مولد نیرو شامل جذب سطحی شیمیایی بوسیله حلال (۶)، جذب سطحی فیزیکی بر روی جامدات (۷)، جداسازی برودتی (۸) و جداسازی انتخابی بوسیله غشاها (۹ و ۱۰) می باشد. جذب سطحی شیمیایی CO₂ بر روی مایعات با پایه آمین برای احتراق بعدی به دام اندازیCO₂ به صورت تجاری موجودند اما انرژی زیادی لازم دارد و بازده دستگاه مولد نیرو را کاهش می دهد (۱۱). اخیرا، تکنولوژیهای مربوط به جذب سطحی برای به دام اندازیCO₂ از گاز دودکش دستگاه مولد نیرو با صرف انرژی خیلی کمتری ارائه شده است (۱۴-۱۲).

ما در اینجا یک روش عمومی و آسان را برای ساختار و کنترل ریخت شناسی (مورفولوژی) حفره و تخلخل مونولیتهای ماکروسکوپی متخلخل مرتبه ای سیلیکات- ۱ و ۱۳X با استفاده از کره های کربنی شیشه ای و الیاف کربنی به عنوان الگوی قربانی شوندگی ارائه داده ایم. ریزساختار بوسیله اصلاح شیمی سطح ذرات کربن توسط جذب سطحی ذرات زئولیت به کمک پلی الکترولیت کنترل می شود و ما نشان می دهیم که چگونه مقادیر کوچکی از یک چسب غیر جاذب بوسیله ردیابی فرآوری گرمایی می تواند بدنه های نسبتا قوی ایجاد کند. ما از اندازه گیریهای تراکم قطری، میکروسکوپی الکترونی، تخلخل سنجی نفوذ جیوه و جذب سطحی گاز استفاده می کنیم تا بر سر این نکته بحث کنیم که چگونه شرایط فرآوری برای دو ماده زئولیتی مختلف بر ظرفیت جذب CO₂ و جذب سطحی چرخه ای و رفتار بازسازی تاثیر می گذارند.

فرآوری کلوییدی دام اندازی CO2 مونولیتهای زئولیت قربانی شوندگی

۲- بخش تجربی

۲-۱ مواد

ما از پودر سیلیکات- ۱ تجاری موجود (SudChemie AG, Bruckmühl, Germany) و پودر ۱۳X (Luoyang Jianlong Chemical Industrial Co., Ltd. Yanshi, Henan, China) با نسبت سیلیکا به آلومینای به ترتیب ۴۰۰ و ۴/۱ استفاده کرده ایم. از کائولین (Sigma Aldrich Chemie GmbH, Germany) به عنوان یک چسب معدنی استفاده شد. کربن کروی شیشه ای (SPI-CHEM, West Chester PA, USA) و الیاف کربنی (SIGRI GmbH, Meitingen, Germany) به صورت دریافت شده بکار برده شد. از پلی آکریلیک اسید (PPA) (Polysciences Europe GmbH, Germany) (نمک سدیم، ۲۵ درصد وزنی در آب، ‌Mw = 50.000 ) و پلی اتیلن ایمین (PEI) (Polysciences, Inc., USA) (نمک آمونیم، خلوص ۹۹%، Mw = 10.000) به صورت دریافت شده استفاده گردید. آب فاقد یون و NaOH (Sigma Aldrich Chemie GmbH, Germany) و HCl (Mallinckrodt Baker, Inc. Netherlands) برای تهیه سوسپانسیون بکار برده شدند.

۲-۲ فرآوری

پودر زئولیت سیلیکات- ۱/۱۳X و کائولین با آب فاقد یون مخلوط شد و سپس در یک مخزن پلیمری با استفاده از گلوله های زیرکونیا با قطر ۶ mm به عنوان محیط آسیاب، به آرامی به ترتیب در pH=8 و pH=9.6 آسیاب شد. الیاف کربنی و کزبن شیشه ای کروی بوسیله فرایندی با کمک پلی الکترولیت با ذرات زئولیت پوشانده شد. الیاف و کره های کربنی در آب مقطر سوسپانسیون شدند (۵ درصد وزنی) و قبل از افزودن ذرات زئولیت، با سه لایه پلی الکترولیت با بار متناوب پوشانده شدند. محلولهای پلی الکترولیت با غلظت پایه وزن خشک (dwb) 2% با توجه به محتوای کربن به نوبت افزوده شدند: اول پلی اتیلن ایمین (PEI)، سپس پلی آکریلیک اسید (PAA) و سرانجام لایه ای از PEI .  به هر لایه پلی الکترولیت اجازه داده شد که به مدت ۲۰ دقیقه بر روی ذرات کربن جذب سطحی انجام دهد. ذرات کربن بعد از هر مرحله پوشش دهی چندین بار شسته و فیلتر شدند. سوسپانسیونهایی از الیاف کربنی و کره های کربنی شیشه ای با پوشش پلی الکترولیت به آهستگی تحت هم زدن ملایم به سوسپانسیون ۱۰% سیلیکات- ۱ یا ۱۳X افزوده شدند. این مخلوط به مدت یک شب به هم زده شد. تمام مراحل در جذب سطحی لایه به لایه پلی الکترولیت بر روی سطح الیاف کربنی و کره های کربنی شیشه ای در دمای اتاق انجام شدند. محتوای الگوی قربانی شوندگی با اصلاح نسبت زئولیت سیلیکات- ۱/۱۳X و ذرات کربن در مخلوط کنترل شد. مخلوط سیلیکات- ۱/۱۳X و الیاف کربنی/کره های کربنی شیشه ای به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۶۰ درجه سلسیوس خشک شد. پودر چندسازه (کامپوزیت) در یک قالب به قطر ۱۰ mm در فشار اعمال شده ۱۰ MPa تحت فشار خشک شد. سیلندرهای فشرده شده از چندسازه الیاف کربنی/کره های کربنی شیشه ای و سیلیکات- ۱ به صورت گرمایی با سرعت حرارت دهی ۱ ^۰C/min تا ۵۵۰ ^۰C جهت حذف مواد آلی حرارت داده شد و سپس دما تا دمای اختلاط  ۱۲۰۰-۱۴۰۰ ^۰C بدون نگهداری زمان افزایش داده شد. بدنه سبز زئولیت ۱۳X به صورت گرمایی با سرعت حرارت دهی ۱ ^۰C/min تا ۵۵۰ ^۰C جهت حذف مواد آلی حرارت داده شد و سپس دما تا دمای اختلاط ۷۰۰-۸۵۰ ^۰C بدون نگهداری زمان افزایش داده شد. فرآوری گرمایی در یک کوره ضد صدای نابردرم (Nabertherm) (Nabertherm GmbH, Lilienthal, Germany) با صحت کنترل دمایی و یکنواختی دمایی به ترتیب ±۱ ^۰C  و ±۵ ^۰C انجام شد.

۲-۳ تعیین خصوصیات

اندازه گیری اندازه ذره و پتانسیل زتا (ζ) در دستگاه Zetasizer Nano NS (Malvern Instruments, Worcestershire, UK) بر روی سوسپانسیونهای رقیق (۱/۰ درصد وزنی) در محیط های آبی انجام شد. از ۰٫۰۱ M NaCl (Sigma Aldrich Chemie GmbH, Germany) به عنوان الکترولیت پس زمینه استفاده گردید. پتانسیل- ζ با استفاده از تقریب اسمولوچاوسکی محاسبه شد. pH با استفاده از یک دستگاه هفت کاره (Mettler-Toledo AB, Stockholm, Sweden) مجهز به الکترود ویژه آزمایشگاهی NTC 30 (Mettler-ToledoAB, Stockholm, Sweden) اندازه گیری شد. ریزساختار مونولیت با استفاده از میکروسکوپ پویشی الکترون با تفنگ نشر میدانی (FEG-SEM), JSM-7000F (JEOL, Tokyo, Japan) که در ولتاژ شتاب دهنده ۵ kV عمل می کند، تعیین شد. الگوهای پراش پرتو X (XRD) پودرها و مونولیتهای کلوخه شده با استفاده از یک پراش سنج پودر XPERTPRO (PANalytical, Almelo, Netherlands) (Cu Ka radiation, k = 1.5418 Å) که در تنظیمات ۴۵ kV و ۴۰ mA عمل می کند، بدست آمد. آزمایش تراکم قطری بر روی سیلندرهایی با قطر ۱۰ mm و ارتفاع ۶-۸ mm بین صفحات فولادی با سرعت بار اعمال شده ۰٫۵ mm/min در ماشین الکترومکانیکی Zwick Z050 (Zwick GmBH Co &KG, Ulm, Germany) انجام شد. حجم حفره بزرگ (ماکرو حفره) و توزیع اندازه حفره بوسیله تخلخل سنجی نفوذی جیوه ای: AutoPore III 9410 (Micromeritics, Norcross GA, USA) تعیین شد. اندازه گیریها در محدوده قطر حفره ۱۲۵ lm P U P 30 Å انجام شدند. کشش سطحی و زاویه تماس جیوه به ترتیب در ۰٫۴۸۵ N/m و ۱۳۰ ^۰ تنظیم شد. ریزتخلخلی و مساحت سطح برونور- امت- تلر (BET) از رفتار جذب سطحی/ واجذب سطحی N₂ تعیین شده بر روی آنالیزور ASAP 2020 (Micromeritics, NorcrossGA, USA) بدست آمد. پودر دریافت شده به همان صورت اولیه و مونولیتهای اختلاط یافته قبل از اندازه گیری به مدت ۱۰ ساعت در دمای ۳۰۰ ^۰C گاز زدایی شد.

فرآوری کلوییدی دام اندازی CO2 مونولیتهای زئولیت قربانی شوندگی

۳- نتایج و بحث

ما مونولیتهای جاذب زئولیت با تخلخل مرتبه ای ۱۳X و سیلیکات-۱ را بوسیله فرآوری کلوییدی و به دنبال آن فرآوری گرمایی فاقد فشار با اختلاط محتوای خیلی پایین از کائولین (۵ درصد وزنی) به عنوان چسب غیر زئولیتی تولید کرده ایم. شکل ۱ a و b پودر سیلیکات- ۱ میکروتخلخلی دریافت شده به همان صورت اولیه  با مساحت سطح BET ، ۳۲۷ m²/g شامل توده هایی از ذرات ریز ۲۰۰ nm را نشان می دهد. شکل ۱ c و d نشان می دهد که کسر قابل توجهی از پودر ۱۳X میکروتخلخلی دریافت شده به همان صورت اولیه، شامل ذراتی با اندازه بین ۳ و ۵ میکرومتر می باشد. مساحت سطح BET  پودر ۱۳X دریافت شده به همان صورت اولیه ۶۵۸ m²/g است.

فرآوری کلوییدی دام اندازی CO2 مونولیتهای زئولیت قربانی شوندگی

۴- نتیجه گیری  

ما چگونگی تولید مونولیتهای زئولیتی با تخلخل مرتبه ای و با ماکروکانالها و ماکروحفره های بزرگ را بوسیله فرآوری کلوییدی و الگوبرداری قربانی شوندگی و به دنبال آن اختلاط گرمایی فاقد فشار توصیف کرده ایم. محدوده دمایی باریک مورد نیاز برای ترکیب کردن ظرفیت جذب سطحی بالای CO₂ و پایداری مکانیکی بالا تعیین شده است. از الیاف کربنی و کره های کربن شیشه ای به عنوان الگوی قربانی شوندگی برای تولید مونولیتهای دارای کسر حجمی بالای ماکروتخلخلی تا ۵۰ درصد حجمی استفاده شده است. ما نشان داده ایم که چگونه زئولیت- ذرات می تواند با استفاده از چند لایه های پلی الکترولیت به عنوان یک آغازگر و به صورت الکتروستاتیک بر روی سطوح ذرات کربنی جذب شوند. افزودن فقط ۵ درصد وزنی کائولین به مونولیت، برای تامین پایداری مکانیکی که به کار بردن و نوسانات فشاری تحت فرایند جذب سطحی چرخه ای CO₂ را امکان پذیر می سازد، کافی است. دو زئولیت مختلف از نظر ظرفیت جذب سطحی و سهولت بازسازی با هم تفاوت دارند: مونولیتهای سیلیکات-۱ انرژی کمتری برای بازسازی لازم دارند درحالیکه مونولیتهای ۱۳X جذب سطحی CO₂ بالاتری دارند.