Geri Dön

Kinetics of reaction between carbon dioxide and homogeneous and suspension solutions containing amine group

Amin grubu içeren homojen ve süspansiyon halindeki çözeltilerle karbon dioksit arasındaki reaksiyonun kinetiğinin incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 321422
  2. Yazar: CYRIL SUNDAY UME
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ERDOĞAN ALPER
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 135

Özet

Bu doktora tezi, karbondioksit ve amin grubu içeren homojen ve süspansiyon çözeltileri arasındaki reaksiyon kinetiğinin durdurulmuş akış yöntemiyle deneysel olarak araştırılmasını raporlamaktadır. Tez üç ana bölümden oluşmaktadır.İlk bölümde, karbondioksit tutmak için amin grubu eklenmiş mono dispers poliakrilatların sulu kolloidal süspansiyonlarının reaksiyon kinetiği durdurulmuş akış yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Mono dispers poliglisidilmetakrilat, poli(GMA), partikül süspansiyonlarının üç çeşidi sentezlenmiştir : amin grubu eklenmiş gözeneksiz mono dispers poli(GMA) partikülleri, amin grubu eklenmiş gözenekli poli(GMA) partikülleri ve amin grubu eklenmiş dallanmış gözenekli mono dispers poli(GMA) partikülleri. Kolloidal süspansiyon içerisindeki partiküller 298 K' de, sulu çözelti içerisinde karbondioksitle sırasıyla reaksiyona sokulmuş ve kinetikleri durdurulmuş akış cihazıyla gözlemlenmiş ve analiz edilmiştir.Deneyler sonucunda, amin grubu eklenmiş gözenekli mono dispers poli(GMA) partiküllerinin 298 K'de reaksiyon hız sabiti ko, 0.0270 g/ml için 18.37825 s-1 olarak bulunmuş ve diğer polimer partiküllerden daha iyi kinetik parametrelere sahip olduğu gözlemlenmiştir. Yapılan çalışmaya dayanarak, amin grubu eklenmiş gözenekli mono dispers poli(GMA)'nin CO2 yakalama uygulamalarında kullanılabileceği sonucu çıkarılmıştır. Ancak, mevcut ekipmanın heterojen doğasının kapsamlı çalışmayı limitlemesi nedeniyle daha detaylı bir çalışmanın yapılması önerilmektedir.İkinci bölümde, sterik engelli amin (SEA) olan AHPD : 2-amino-2- hidroksimetil-1,3-propandiol, başka bir isimle tris(hidroksimetil) aminometanın sulu çözeltisinin CO2 yakalama reaksiyon kinetiği durdurulmuş akış metoduyla incelenmiştir. SEA'larin, CO2'nin soğrulmasında yüksek önem taşıdığı belirlenmesine rağmen, bu amin gruplarıyla ilgili az çalışma bulunmaktadır. Bunlara ek olarak, literatürde AHPD `nin direk kinetik çalışmalarının bulunmadığının bilinmesi, bu çalışmanın gerekliliklerinden biri olmuştur. Çalışma, AHPD `nin 0.5 ? 2.0 kmol/m3 konsantrasyon aralıklarında 288, 298 ve 303 K sıcaklıklarında gerçekleştirilmiştir. Birinci derecemsi reaksiyon koşullarına dayanarak,reaksiyon tekli termoleküler reaksiyon mekanizması ile modellenmiştir. AHPD'nin sulu çözeltisi ile CO2'nin reaksiyon hızları 288, 298 ve 303 K'de sırasıyla 9.99, 12.03 and 16.05 m3/kmol.s olarak bulunmuştur. Reaksiyonun aktivasyon enerjisi ise 31.59 kJ/mol olarak tayin edilmiştir. Yapılan bu çalışma, reaktif amin eklenmesiyle reaksiyon hızının geliştirilmesi durumunda, AHPD'nin CO2 absorbenti olarak potansiyel bir SEA olduğunu göstermektedir.Araştırmanın son bölümünde, sulu çözelti içerisinde, çok reaktif bir amin olan N-(2-hidroksietil) piperazin, (NHEPZ) ve sterik engelli bir amin olan 2-amino-2-hidroksimetil-1,3-propandiol, (AHPD) karışımının karbon dioksitle reaksiyon kinetiği durdurulmuş akış metodu kullanılarak 298 K'de incelenmiştir. Karışım, sabit 1.0 kmol/m3 konsantrasyondaki AHPD ve 0.0025 kmol/m3 `den 0.03 kmol/m3 `e kadar değişiklik gösteren NHEPZ'den oluşmaktadır. Reaksiyonun tekli termoleküler reaksiyon mekanizmasına uyduğu bulunmuştur. NHEPZ (0.03 kmol/m3) ve AHPD (1.0 kmol/m3) sulu karışımı ile CO2 arasında 298 K'de gözlemlenen reaksiyon hız sabiti 1005.96 s-1 `dir. Elde edilen bu sonuçlar, tekli alkanoaminler ve amin grubu içeren diğer amin sulu karışımlar için yayımlanan reaksiyon verileri ile karşılaştırılabilir düzeydedir.Bu çalışmanın sonucunda, NHEPZ ve AHPD karışımının sulu çözeltilerinin, sterik engelli AHPD kullanımıyla CO2 kapasitesini arttırması ve reaksiyon hızının ise promotör NHEPZ ile arttırılması sayesinde, karbon dioksitin yığın olarak yakalanması konusunda monoetanolamin, MEA, gibibilinen konvansiyonel aminler yerine kullanılabilecek alternatif çözücüler olarak düşünülmektedir.Yardımcı çalışma olarak, kütlesel akış ölçerlere bağlı gaz-sıvı temas reaktöründe bir dizi soğurma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerden elde edilen bilgiler sayesinde, sulu NHEPZ ve AHPD sisteminin karbon dioksit yakalama konusunda potansiyel kullanımı olumlu olarak değerlendirilmiştir.

Özet (Çeviri)

This dissertation reports the experimental research carried out to investigate the kinetics of reaction between carbon dioxide and homogenous and suspension solutions containing amine group using stopped flow technique. The thesis consists of three main parts.In the first part, to study the kinetics of reaction between carbon dioxide and suspension solutions containing amine group; aqueous colloidal suspensions of mono dispersed aminated polyacrylates for carbon dioxide (CO2) capture was investigated by studying its kinetics of reaction using stopped flow technique. Two types of suspensions of mono dispersed aminated polyglycidylmethacrylate particles, poly(GMA) were synthesized. Namely: non-porous mono dispersed aminated poly(GMA) particles and porous mono dispersed aminated poly(GMA) particles. The particles in colloidal suspensions were respectively reacted with CO2 in aqueous solution at 298 K and its kinetics were monitored and analyzed with stopped flow equipment. It was found that porous mono dispersed aminated poly(GMA) has a more favourable kinetic properties than the non-porous type. The observed reaction rate constant, ko of the former was found to be 18.37825 s-1 for 0.0270 g/ml at 298 K. Based on this study, it can be inferred that porous mono dispersed aminated poly(GMA) could be applied for CO2 capture, however, a more detailed work is further recommended as its heterogeneous nature limit its comprehensive study with our available equipment.Secondly, in view of studying kinetics of reaction between carbon dioxide and homogenous solutions containing amine group; reaction kinetics of CO2 capture in aqueous solution of AHPD: 2-amino-2- hyroxymethyl-1,3-propanediol also called tris(hydroxymethyl) aminomethane, a sterically hindered amine (SHA) were studied using direct stopped flow method. There has been a noted importance of SHAs in CO2 absorption; however, there are few available studies on these set of amines. Moreover, on our knowledge, kinetic studies on AHPD using direct method are not available in open literature which necessitated this work. The study was carried out at 288, 298 and 303 K in a concentration range of 0.5 ? 2.0 kmol/m3 of AHPD. Based on pseudo first order reaction conditions, the reaction was satisfactorily modeled with single termolecular mechanism. The reaction rate between CO2 and aqueous solution of AHPD was found to be 9.99, 12.03 and 16.05 m3/kmol.s at 288, 298 and 303 K respectively while its activation energy was 31.59 kJ/mol. The present study shows that AHPD is a potential SHA as CO2 absorbent if the reaction rate is enhanced by an additional amine.The last part of this research was also in terms of kinetics of CO2 ? homogenous amine solutions study. Kinetics of reaction between carbon dioxide and a mixture of N-(2-hydroxyethyl) piperazine (NHEPZ); a very reactive amine, and 2-amino-2-hyroxymethyl-1,3-propanediol (AHPD); which is a sterically hindered amine in aqueous solution at 298 K were investigated using stopped flow method. The mixture consists of varying NHEPZ concentration from 0.0025 to 0.03 kmol/m3 while AHPD was kept constant at 1.0 kmol/m3. It was found that the reaction follows a single termolecular mechanism. The observed reaction rate constant, ko between CO2 and aqueous blend of NHEPZ (0.03 kmol/m3) and AHPD (1.0 kmol/m3) at 298 K was 1005.96 s-1. The result obtained is comparable with published reaction rate data of single alkanoamines and other blends of aqueous solutions containing amine groups. The result of this study shows that blended aqueous solution of NHEPZ and AHPD is a potential candidate for consideration as alternative solvent to conventional amine such as monoethanolamine (MEA) for bulk carbon dioxide capture, where sterically hindered AHPD increases the CO2 capacity and the reaction rate is enhanced by the promoter, NHEPZ.As a supplementary study, a series of absorption operations were carried out within a gas-liquid contact reactor fitted with mass flow meters. This involves the absorption of CO2 in its gaseous state directly into aqueous homogenous solutions containing amine group. The rate and moles of CO2 absorbed by the system was determined. With the data from these experiments carried out using NHEPZ and AHPD blends, the potential use of aqueous NHEPZ + AHPD system in carbon dioxide capture processes was assessed to be favourable.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    83098

    Üzerinde hava akımı olan, yatay yakıt yatağındaki alevsiz yanmanın incelenmesi

    Smoldering combustion in a horizontal fuel layer which is object to an air flow above fuel bed

    YUSUF ERDEM ÖNDER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ERHAN BÖKE

  2. Tez No

    828514

    Bıyokütle-kömür karısımlarının yanmasının incelenmesi

    Investigation of co-firing coal and biomass blends

    CANSU DENİZ CANAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YAKUP ERHAN BÖKE

    PROF. DR. ALİ CEMAL BENİM

  3. Tez No

    372805

    İyonik sıvı-amin ikili sisteminin Co2 absorpsiyonu kinetiği

    Kinetics of Co2 absorption of ionic liqud-amine dual system

    MERVE ÖZKUTLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Mühendislik BilimleriHacettepe Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜLYA YAVUZ ERSAN

    PROF. DR. ERDOĞAN ALPER

  4. Tez No

    431153

    Kalsiyum asetat çözeltisi ile karbon dioksitin tutulması

    Absorption of carbon dioxide with calcium acetate solution

    DUYGU UYSAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Kimya MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZKAN MURAT DOĞAN

  5. Tez No

    244982

    Karbon dioksit ile piperazin ve piperazin-sterik engelli amin karışımlarının reaksiyon kinetiği

    Reaction kinetics of carbon dioxide with piperazine and piperazine-sterically hindered amine mixtures

    FATMA PINAR GÖRDESLİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Kimya MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERDOĞAN ALPER

Geri Dön