مطالعه تأثیر اصلاح سطح جاذب اکسید کلسیم با استفاده از اسید سیتریک بر میزان جذب دی‌اکسید کربن و رفتار سیال‌سازی آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل

2 عضو هیات علمی/ دانشگاه تبریز/ دانشکده مهندسی شیمی و نفت

چکیده

در تحقیق حاضر به منظور تهیه جاذب CaOمتخلخل در جهت بهبود ظرفیت جذب CO2 در فرآیند چرخه کلسیم، سنگ آهک طبیعی (معدن بوکان) با محلول اسید سیتریک مونوهیدرات به روش سل-ژل اصلاح شد. فازهای تشکیل شده، گروه‌های عاملی و همچنین مورفولوژی سطح نمونه‌های اولیه و اصلاح شده با روشهای شناسایی معمول به ترتیب شامل پرتو ایکس (XRD)، طیف سنج مادون قرمز (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد. مقدار ظرفیت جذب CO2 با استفاده از آنالیز توزین حرارتی (TGA)، تحت اتمسفر CO2 خالص اندازه‌گیری شده و در نهایت رفتار سیال‌سازی نمونه مناسب‌ از نظر ظرفیت جذب CO2 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج جذب حاکی از بیشترین اختلاف در میزان ظرفیت جذب CO2 جاذب اصلاح شده با جاذب اولیه در دمای کربناسیون 500 درجه سانتی‌گراد و در حدود %625/14 بود. این تفاوت در میزان جذب با نتایج SEM تهیه شده از جاذبها مطابقت داشته و در مورد جاذب اصلاح‌شده با اسید سیتریک مونوهیدرات ساختار متخلخل‌تری نسبت به جاذب اولیه مشاهده شد. جهت بررسی رفتار سیال‌سازی و بهبود عملکرد آن، جاذب اصلاح‌شده با اسید انتخاب شده و با 5، 5/7 و10 درصد وزنی از نانوذرات سیلیکای آبگریز مخلوط شد. با افزایش درصد وزنی سیلیکا کانال‌های ایجاد شده در سرعت‌های پایین گاز به تدریج از بین رفته و در سرعت cm/s 5/4، بستر تا 02/2 برابر حالت ابتدایی انبساط یافت. در نهایت استفاده از اسید سیتریک مونوهیدرات به عنوان عامل مؤثر اصلاح‌کننده ساختار جاذب CaOو نانوذرات سیلیکا آبگریز به عنوان عامل بهبود دهنده سیالیت این جاذب پیشنهاد شد.

کلیدواژه‌ها


 [1] X. Wu, Y. Yu, Z. Qin, and  Z. Zhang, (2014) “The advances of post-combustion CO2 capture with chemical solvents: review and guidelines”. Energy Procedia, 63, 1339-1346.
 
[2] M. Kanniche, R. Gros-Bonnivard, P. Jaud, J. Valle-Marcos, J.M., Amann, and Bouallou., (2010) “Pre-combustion, post-combustion and oxy-combustion in thermal power plant for CO2 capture”. Applied Thermal Engineering, 30, 53-62.
[3] J. C.M. Pires, F.G., Martins, M.C. M.,  Alvim-Ferraz, and M., Simões, (2011) “Recent developments on carbon capture and storage: an overview”. Chemical engineering research and design, 89, 1446-1460.
 
[4] E.S., Rubin, H., Mantripragada, A.,  Marks, P.,  Versteeg, and J. Kitchin, E.S.,  Rubin, (2012) “The outlook for improved carbon capture technology”. Progress in energy and combustion science, 38,  630-671.
 
[5] A., Perejón, L. M., Romeo, Y., Lara, P., A., Lisbona, Martínez, and J.M., Valverde, (2016) “The Calcium-Looping technology for CO2 capture: On the important roles of energy integration and sorbent behavior”. Applied Energy, 162, 787-807.
 
[6] G., Grasa, I.,  Martínez, M. E., Diego, and J., Abanades, (2014) “Determination of CaO carbonation kinetics under recarbonation conditions”. Energy & Fuels, 28, 4033-4042.
 
[7] M., Erans, V.,  Manovic, and E.J., Anthony, (2016) “Calcium looping sorbents for CO2 capture”. Applied Energy,. 180, 722-742.
 
[8] F.N., Ridha, V.,   Manovic, A.,  Macchi, M. A.,  Anthony, and E.J., Anthony, (2013) “Assessment of limestone treatment with organic acids for CO2 capture in Ca-looping cycles”. Fuel processing technology, 116,284-291.
 
[9] F.N., Ridha, V.,  Manovic, Y., Wu, A.,  Macchi, and E.J., Anthony, (2013) “Post-combustion CO2 capture by formic acid-modified CaO-based sorbents”. International Journal of Greenhouse Gas Control, 16, 21-28.
 
[10] R.,Sun, Y., Li, S., Wu, C., Liu, H.,  Liu, and C.,  Lu, (2013) “Enhancement of CO2 capture capacity by modifying limestone with propionic acid”. Powder technology, 233, 8-14.
 
[11] Y., Hu, W.,  Liu, J., Sun, M., Li, X., Yang, Y., Zhang, and M.,  Xu, (2016) “Structurally improved CaO-based sorbent by organic acids for high temperature CO2 capture”. Fuel, 167, 17-24.
 
[12] Y., Li, R., Sun, H.,  Liu, and C., Lu, (2011) “Cyclic CO2 capture behavior of limestone modified with pyroligneous acid (PA) during calcium looping cycles”. Industrial & engineering chemistry research, 50, 10222-10228.
 
[13] Y., Li, C., Zhao, H., Chen, Q.,  Ren, and L., Duan, (2011) “CO2 capture efficiency and energy requirement analysis of power plant using modified calcium-based sorbent looping cycle”. Energy , 36, 1590-1598
 
[14] Y., Li, C., Zhao, H.,Chen, C., Liang, L., Duan, and W., Zhou, (2009) “Modified CaO-based sorbent looping cycle for CO2 mitigation”. Fuel, 88, 697-704.
 
[15] C.,  Roßkopf, M., Haas, A., M.,  Faik, Linder, and A l., Wörner, (2014) “Improving powder bed properties for thermochemical storage by adding nanoparticles”. Energy conversion and management, 86, 93-98.
 
[16] C.,  Zhu, G.,  Liu, Q. Yu, , R., Pfeffer, R. N., Dave, and C. H., Nam, (2004) “Sound assisted fluidization of nanoparticle agglomerates”. Powder Technology, 141, 119-123.
 
[17] H. Nakamura, and S. Watano, (2008) “Fundamental particle fluidization behavior and handling of nano-particles in a rotating fluidized bed”. Powder Technology, 183, 324-332.
 
[18] M., D. Kashyap, Gidaspow, and M. Driscoll, (2008) “of electric field on the hydrodynamics of fluidized nanoparticles”. Powder Technology, 183, 441-453.
 
[19] B.,  Azimi, M., Tahmasebpoor, P.E.,  Sanchez-Jimenez, A., Perejon, and J.M., Valverde, (2019) “Multicycle CO2 capture activity and fluidizability of Al-based synthesized CaO sorbents”. Chemical Engineering Journal, 358, 679-690
 
[20] Q., Yu, R. N., Dave, C.,  Zhu, J.A., Quevedo,  and R., Preffer, (2005) “Enhanced fluidization of nanoparticles in an oscillating magnetic field”. AIChE Juornal, 51, 1971-1979.
 
[21] A.,  Nawar, M., Ali, A. H., Khoja, A., Waqas, M., Anwar, and M., (2021) “Mahmood, Enhanced CO2 capture using organic acid structure modified waste eggshell derived CaO sorbent”. Journal of Environmental Chemical Engineering,  9, 104871.
 
[22] H., Cheng, D., Gong, T., Zhao, T.,  Wang, and  s., Jiang, (2021) “Physicochemical characterization of the performance of acidified modified eggshell cyclic adsorption of CO2”. In Journal of Physics: Conference Series, 012034.
 
[23] H.R., Radfarnia, and M.C. Iliuta, (2016) “Limestone  acidification using citric acid coupled with two-step  calcination for improving the CO2 sorbentactivity”. Industrial & Engineering Chemistry Research, 52,7002-7013.