عنوان

سنتز جاذب تیتانوسیلیکاتی ETS-۴ و ارزیابی خواص جذب سطحی آن در جداسازی نیتروژن از متان

IR

۴۴۶۴پ

فارسی

IR

سنتز جاذب تیتانوسیلیکاتی ETS-۴ و ارزیابی خواص جذب سطحی آن در جداسازی نیتروژن از متان

[پایان‌نامه]

Synthesis of ETS-۴ Titanosilicate Adsorbent and Evaluation of Its Adsorptive Performance in Nitrogen Separation from Methane

/مهسا وثوقی

: مهندسی شیمی

، ۱۴۰۰

۱۱۴ص.

:

زبان: فارسی

زبان چکیده: فارسی

چاپی - الکترونیکی

مصور، جدول، نمودار

دکتری

مهندسی شیمی

۱۴۰۰/۱۰/۰۱

صنعتی سهند

جداسازی نیتروژن/متان با استفاده از فرآیند جذب‌سطحی و ارائه جاذب مناسب همواره موردتوجه محققین بوده است .عملکرد شبه‌زئولیتETS -۴ و انواع تبادل یون شده آن به دلیل ویژگی‌های خاص ساختاری آن‌ها، در این جداسازی بسیار نویدبخش است .ازاین‌رو در این پژوهش، با استفاده از پودر تیتانیل سولفات با گرید تجاری و با روشی نوین، جاذب خالصETS- Na-۴ در محیطی عاری از یون فلوراید به روش هیدروترمال سنتز شد .تأثیر نسبت‌های مولیSiO ۲/TiO۲،Na ۲O/TiO۲ و زمان سنتز در بلورینگی پودرهای سنتز شده مطالعه شده و نمودار فازی سنتزETS- Na-۴ به‌دست آمد .در ادامه، جذب تعادلی/سینتیکی گازهای نیتروژن/متان بر روی این جاذب در سیکل‌های متوالی جذب/دفع با استفاده از روش حجم‌سنجی در دمای C ۳۰ و تا فشار kPa ۱۰۰ اندازه‌گیری شد .افزایش تدریجی دمای عملیات حرارتی در بازه ۱۰۰ تا C ۱۶۵ به دلیل خروج آب درون‌حفره‌ای، موجب افزایش ظرفیت جاذب( در سیکل اول) گردید .در kPa ۱۰۰، میزان جذب متان از ۰/۲ تا mmol/g ۰/۳۵ و میزان جذب نیتروژن از ۰/۰۷ تا mmol/g ۰/۱۶ افزایش یافت .با اعمال عملیات حرارتی در دماهای ۱۰۰ و C ۱۳۵ همراه خلا، به‌صورت سیکل‌های متوالی جذب/دفع، ساختار جاذب پایدار و خواص جذب‌سطحی آن ثابت بود .با اعمال عملیات حرارتی در دمای C ۱۶۵ به دلیل تغییرات ساختاری جاذب و کاهش بلورینگی بعد از هر سیکل، ظرفیت جاذب( در فشار kPa ۱۰۰، برای گاز متان از ۰/۳۵ تا mmol/g ۰/۱ و برای نیتروژن از ۰/۱۶ تا mmol/g ۰/۱) و ثابت زمانی سرعت گازها( برای متان از ۰/۰۲ تاs -۱ ۱۰-۴‌ ۰/۳۸) کاهش یافت‌؛ اما در صورت استفاده از خلا به‌عنوان فرآیند احیا در سیکل‌های متوالی( بعد از گاززدایی اولیه در دمای C ۱۶۵)، نتایج جذب تعادلی /سینتیکی تکرارپذیر و ساختار جاذب در این شرایط پایدار بود .در ادامه پژوهشETS- Na-۴ با دو ترکیب بدون هالوژن (Halogen Free Zorite) و با هالوژن کلر (Reduced Pore size Zorite) سنتز شد و بعد از فرآیند تبادل یون، جاذب‌ها مشخصه‌یابی شدند .جاذب‌های تبادل یون شدهRPZ - (BaوHFZ) - Baدر دماهای ۲۵۰، ۳۰۰، ۳۵۰، ۳۷۵ و C ۴۰۰ فعال‌شده و جذب تعادلی /سینتیکی گازهای نیتروژن /متان در C ۳۰ و تا فشار kPa ۱۰۰ اندازه-گیری شد .افزایش دمای عملیات حرارتی سبب انقباض تدریجی شبکه جاذب‌ها و کاهش ظرفیت جذب و سرعت نفوذ گازها گردید .با افزایش دمای عملیات حرارتی، انتخاب‌گری تعادلی نیتروژن به متان برای جاذب‌هایHFZ - Baبه ترتیب ۰/۲۸، ۰/۳۵، ۱، ۳/۷ و ۲، انتخاب‌گری سینتیکی ۳/۳، ۵/۵، ۱۹/۹، ۶۷ و ۱۷/۸ به دست آمد .انتخاب‌گری تعادلی نیتروژن به متان برای جاذب‌هایRPZ - Baبه ترتیب ۰/۵، ۰/۵۴، ۰/۷۴، ۳/۹ و ۳/۴، انتخاب-گری سینتیکی ۳۶، ۳۹، ۵۲، ۲۹۲ و ۲۰۶ به دست آمد .جاذب‌های فعال‌شده به مدت یک ماه در شرایط مرطوب در دمای اتاق قرارگرفته و برای بررسی برگشت‌پذیری ساختار به حالت اولیه با جذب رطوبت، با استفاده از آنالیز XRD و تکرار آزمایش‌های جذب‌سطحی موردمطالعه قرار گرفتند .نتایج نشان داد که جاذب‌ها تغییرات ساختاری خود را حفظ کرده و برگشت‌ناپذیر هستند .در بخش آخر این پژوهش، امکان‌سنجی سنتز جاذب‌هایETS- Na/Ba-۴ با سه نسبت مولیBa/TiO ۲، ۰/۱۵، ۰/۲۵ و ۰/۵، مطالعه شد .بعد از مشخصه‌یابی پودرها، جذب گازهای نیتروژن/متان در C ۳۰ و تا فشار kPa ۱۰۰ اندازه‌گیری شد .اضافه کردنBa ۲+ به ژل سنتز منجر به سنتز فاز غیر متخلخل تیتانوسیلیکاتی همراه فازETS -۴ شده و با افزایش نسبت مولیBa/TiO ۲ ظرفیت جاذب( در فشار kPa ۱۰۰، برای متان از ۰/۴ تا mmol/g ۰/۱۸، برای نیتروژن از ۰/۱۶ تا mmol/g ۰/۰۸) کاهش یافت .

C and up to 100 kPa. Addition of Ba2+ to the synthesis gel led to the synthesis of a non-porous titanosilicate phase along with ETS-4. So by increasing the molar ratio of Ba/TiO2, the adsorbent capacity (for methane in the range of 0.4 to 0.18 mmol/g, for nitrogen in the range of 0.16 to 0.08 mmol/g at 100 kPa).░ 10-4 s-1) because of structural deformation and crystallinity decrease of Na-ETS-4. But using vacuum as regeneration process (after initial degassing at 165 C) in the successive cycles, the adsorption properties were constant and the adsorbent structure was stable. In the following, Na-ETS-4 was synthesized in two ways, chlorine halogen contained (Reduced Pore size Zorite) and halogen-free medium (Halogen Free Zorite), and the synthesized adsorbents were ion exchanged with Ba2+. After characterization of adsorbents, equilibrium/kinetic adsorption properties of nitrogen and methane were investigated on two types of Ba-ETS-4 adsorbents at 30 C and up to100 kPa. The Ba-RPZ and Ba-HFZ adsorbents were dehydrated at 250, 300, 350, 375, and 400 C. Increased dehydration temperature led to gradual framework contraction, also capacity and diffusion rate decreasing. Nitrogen/methane equilibrium selectivity of Ba-HFZ was obtained in the order of 0.28, 0.35, 1, 3.7, and 2, and kinetic selectivity was obtained in the order of 3.3, 5.5, 19.9, 67, and 17.8 by increasing dehydration temperature respectively. Also, chlorine halogen by creating an extra molecular exclusion property in the Ba-RPZ framework leads to an improved nitrogen/methane selectivity. Nitrogen/methane equilibrium selectivity of Ba-RPZ was obtained in the order of 0.5, 0.54, 0.74, 3.9 and 3.4 and kinetic selectivity was obtained in the order of 36, 39, 52, 292 and 206 by increasing dehydration temperature respectively. Activated Ba-ETS-4 adsorbents were exposed to ambient humid condition for about one month and then were analyzed by XRD and adsorption tests. The adsorbents structure did not return to its initial crystallinity and the structure was irreversible. In the last section, the feasibility of synthesis of Na/Ba-ETS-4 adsorbents with three molar ratios of Ba/TiO2 including 0.15, 0.25, and 0.5 was studied. After characterizing of the powders, nitrogen/methane adsorption was measured at 30‌Nitrogen/methane separation using the adsorption process and providing a suitable adsorbent has always been of interest to researchers. Among several candidates, microporous zeo-type ETS-4 has been known as the most promising adsorbent. In this work, Na-ETS-4 was synthesized by a novel method in the absence of fluoride ions and using commercial grade titanyl sulfate. Effect of SiO2/TiO2 and Na2O/TiO2 molar compositions and synthesis time were studied in the crystallinity, morphology, and purity of Na-ETS-4. Also the field of crystallization was determined. Equilibrium/kinetic adsorption of nitrogen/methane on Na-ETS-4 were measured in successive adsorption/desorption cycles at 30 C and up to 100 kPa by the static volumetric adsorption method. Due to releasing of intra-pore water molecules, the adsorbent capacity (in the first cycle) was increased by increasing heat treatment temperature in 100-165 C range. At 100 kPa, methane uptake increased from 0.2 to 0.35 mmol/g and nitrogen uptake increased from 0.07 to 0.16 mmol/g. By applying heat treatment at 100 and 135 C along with vacuum in successive cycles, the Na-ETS-4 structure was stable and the adsorption properties did not change. Applying successive regeneration at 165 C along with vacuum leads to the gradual decrease in equilibrium capacity (for methane from 0.35 to 0.1 mmol/g, for nitrogen from 0.16 to 0.1 mmol/g at 100 kPa) and diffusion time constant (for methane from 0.02 to 0.38

ba

Synthesis of ETS-۴ Titanosilicate Adsorbent and Evaluation of Its Adsorptive Performance in Nitrogen Separation from Methane

نیتروژن

متان

جذب‌سطحی

جداسازی سینتیکی

Ba-ETS-4

Ba-RPZ

Nitrogen, Methane, Adsorption, Ba-ETS-4, Ba-RPZ, Kinetic separation

نیتروژن، متان، جذب‌سطحی، جداسازی سینتیکی

وثوقی، مهسا

مقصودی، حافظ، استاد راهنما

ایران

20230913

شیمی ،۲۱۰۱۹ ،۱۴۰۰

ی‌تاکیلیسوناتیت‍ ب‌ذاج‍ زتنس‍ ETS-4 ن‌اتم‍ زا ن‌ژورتین‍ ی‌زاسادج‍ رد ن‌آ ی‌حطس‍ ب‌ذج‍ ص‌اوخ‍ ی‌بایزرا و.pdf

عادی

عادی

3443.pdf

pch21019.pdf

0

ایمانی

متن

0

پ۴۴۶۴

فارسی

نمایه‌سازی قبلی

pe

TF

92029

1

a

Y