An experimental study on design and characterization of CO2 adsorbents
Karbon dioksit adsorbanlarının tasarımı ve geliştirilmesi üzerine deneysel çalışma
- Tez No: 433997
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Bu çalışmanın amacı, yüksek ve kararlı adsorpsiyon kapasitesine ve CO2-CH4 karışımı içinden seçimli CO2 adsorpsiyonu yapabilme yeteneğine sahip aktif karbon (AC) bazlı karbon dioksit adsorbanlarının tasarımı ve geliştirilmesidir. Bu bağlamda, ticari bir AC, Norit ROX, hava ve HNO3 ile okside edilerek sırasıyla AC8 ve AC9 adsorban setleri bu okside edilmiş AC'lerin üzerine farklı sıcaklıklarda kalsinasyonu yapılan K2CO3 empregnasyonuyla hazırlanmıştır. Adsorban örnekleri mikro-yapısal özelliklerinin ve yüzeylerindeki alkali dağılımının analiz edilmesi için SEM-EDX'le karakterize edilmiştir. AC8 adsorbanlarının yüzeyindeki K+ kümelenmeleri homojen dağılmazken, AC9 adsorbanlarının yüzeylerinde K-oluşumları homojen dağılmıştır. Adsorpsiyon/desorpsiyon ve seçimli adsorpsiyon testleri, 0-1000 mbar basınç aralığında, 50 ml/dak toplam gaz akışı altında, oda sıcaklığında, 120 °C ve 200 °C'de, saf CO2, saf CH4 ve bu iki gazın karışımları, %50 CO2-%50 CH4 ve %10CO2-%90 CH4, için yapılmıştır. AC8 adsorban seti, AC9 adsorban setinden daha yüksek adsorpsiyon/seçimli adsorpsiyon performansı göstermiştir. En yüksek CO2 adsorpsiyonu kütlece %11 ile AC8-300 örneği üzerinde oda sıcaklığında gözlenmiştir. CO2 adsorpsiyonunun tersinir, CH4 adsorpsiyonunun ise kısmen tersinmez olduğu tespit edilmiştir. Oda sıcaklığında, %50 CO2-%50 CH4 karışımı için AC8-200, 3.7 ile kütlece en yüksek CO2:CH4 adsorpsiyon seçimliliğine sahipken, %10 CO2-%90 CH4 karışımı için en yüksek adsorpsiyon seçimlilik oranı 0.59 ile AC8-250'de gözlenmiştir. AC8-200 adsorbanı 0-5000 mbar basınç aralığı için, oda sıcaklığında, 50 ml/dak saf CO2 ve saf CH4 akışı altında ve %50 CO2-%50 CH4 ve %10 CO2-%90 CH4 gaz karışımları için toplam 90 ml/dak gaz akışı altında test edilmiştir. 5000 mbar'da CO2 adsorpsiyon kapasitesi kütlece %19 olarak ölçülmüştür. Deneysel adsorpsiyon izotermlerinin Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich (D-R) modellerine uygunluğu araştırılmıştır. AC örneklerinin CO2 ve CH4 adsorpsiyon davranışını açıklamaya en uygun modelin D-R modeli olduğu saptanmıştır. Hem CO2 hem de CH4 adsorpsiyon kinetiği oda sıcaklığında psödo-birinci derece kinetik model ile açıklanabiliyorken, AC8-200 ve AC8-300 adsorbanlarının üzerinde CH4 adsorpsiyon kinetiği psödo-ikinci derece kinetik denkleme uygunluk göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The aim of this study is to design and develop AC-based CO2 adsorbent(s) having both high and stable CO2 adsorption capacity, and ability to adsorb CO2 selectively from CO2-CH4 mixture. In this context, a commercial activated carbon, Norit ROX, was oxidized by air and HNO3 oxidation, and two series of adsorbents, AC8 and AC9 series, respectively, were prepared on those oxidized ACs by K2CO3 impregnation following by calcination at various temperatures. The adsorbent samples were characterized by SEM-EDX for analyzing their microstructural properties and alkali dispersion on their surface. The clusters formed on AC8 adsorbents were not homogeneously distributed over the adsorbent, whereas AC9 adsorbents had homogeneously dispersed K-formations on their surfaces. Adsorption/desorption and selective adsorption tests were conducted for 0-1000 mbar pressure range under 50 ml/min gas flow rate at room temperature (RT), 120 °C and 200 °C for pure CO2, pure CH4 and their mixtures, 50% CO2-50% CH4 and 10% CO2-90% CH4. The adsorption/selective adsorption performance of AC9 series, were inferior to the performance of the AC8 series adsorbents. The highest CO2 adsorption capacity, ca. 11 wt.%, was observed for AC8-300 sample at RT. CO2 adsorption was confirmed to be reversible, whereas CH4 adsorption was partially irreversible. Although AC8-200 has the highest mass based CO2:CH4 adsorption selectivity ratio, ca. 3.7, at RT for the 50% CO2-50% CH4 mixture, for the 10% CO2-90% CH4 mixture, mass based adsorption selectivity ratio was at its highest on AC8-250 with a value of 0.59. AC8-200 was further tested for 0-5000 mbar pressure range at RT under 50 ml/min pure CO2 and pure CH4 flow and 90 ml/min total flow of 50% CO2-50% CH4 and 10% CO2-90% CH4 gas mixtures. The CO2 adsorption capacity was measured as 19.7 wt.% at 5000 mbar. The experimental adsorption isotherm data were fitted to Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich (D-R) models. D-R model was the most successful in explaining CO2 and CH4 adsorption behaviors of AC samples. Between the kinetic models, pseudo-first order kinetic model successfully explained both CO2 and CH4 adsorption kinetics at RT, whereas CH4 adsorption kinetics on AC8-200 and AC8-300 were more suitably explained by pseudo-second order kinetic model.
Benzer Tezler
- An experimental study on design and development of efficient catalysts for dry reforming of methane (CDRM)
Metanın kuru reformlamasında kullanılacak etkili katalizörlerin tasarım ve geliştirilmesi hakkında deneysel çalışma
AYSUN İPEK PAKSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. AHMET ERHAN AKSOYLU
- An experimental study on design, development and performance evaluation of catalytic dry reforming of methane catalysts
Metanın kuru reformlamasında kullanılacak etkili katalizörlerin tasarımı, geliştirilmesi ve performans değerlendirmesi hakkında deneysel çalışma
HAZAL BAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- An experimental analysis on catalytic dry reforming of methane (CDRM) performance of Ni/SBA-15 system
Ni/SBA-15 sisteminin metanın katalitik kuru reformlaması reaksiyonu performansı üzerine deneysel çalışma
MUSTAFA OLCAY TÜRKMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Dizel içten yanmalı motorlarda silindir içerisindeki hava hareketlerinin incelenmesi
In-cylinder flow characterization of air in diesel internal combustion engines
CEM DEMİRKESEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Biogas recovery during anaerobic treatment of lignocellulose-rich pollutants with high sulphate content: an investigation via innovative applications
Yüksek sülfat içerikli lignoselüloz bakımından zengin kirleticilerin havasız arıtımı sırasında biyogaz geri kazanımı: yenilikçi uygulamalarla bir araştırma
EDA YARSUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇİĞDEM GÖMEÇ