جذب تركيبات گوگردي موجود در گازوئيل با استفاده از نانوذرات اكسيد آهن اصلاح شده با ZIF-8 به روش جذب سطحي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

دي¬بنزوتيوفن يكي از تركيبات گوگرددار موجود در گازوئيل است. اين آلاينده با ورود به هوا مي¬تواند موجب خسارت¬هاي جاني، مالي و زيست‌محيطي فراواني شود. از اين رو طي ساليان اخير از طرف انجمن¬هاي محيط¬زيستي ‌محدوديت‌هاي بسيار زيادي براي ميزان ورود اين آلاينده به اتمسفر تعيين شده است. در اين راستا هدف از انجام اين پژوهش گوگردزدايي عميق از گازوئيل تجاري حاوي ppm 200 گوگرد به كمتر از ppm 50 (استاندارد يورو) به روش جذبي و مكمل فرايند گوگردزدايي هيدروژني مي¬باشد. بررسي جذب اين آلاينده با استفاده از دسته¬اي از چارچوب¬هاي آلي¬- فلزي به نام چارچوب ايميدازولي زئوليتي-8 (ZIF-8) صورت گرفت. همچنين با نشاندن نانوذرات ZIF-8 برروي ذرات اكسيد آهن Fe3O4 و تثبيت مايع يوني 1-(2-هيدروكسي اتيل)-3-متيل ايميدازوليوم ديسياناميد[HEMIm][DCA]) بر روي سطح ZIF-8 و تشكيل ساختار Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA] نانوجاذب مغناطيسي جديدي براي حذف دي¬بنزوتيوفن از گازوئيل سنتز شد. سنتز جاذب¬ها در دماي محيط و فشار اتمسفر انجام شد و عملكرد آن¬ها در گوگردزدايي با يكديگر مقايسه گرديد. مقادير گوگرد موجود در گازوئيل با روش ASTM D5453 اندازه¬گيري شد. مورفولوژي و خصوصيات نانوجاذب¬هاي سنتزشده توسط روش¬هاي پراش اشعه ايكس(XRD)، ميكروسكوپ الكتروني(FE-SEM)، طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه(FTIR)، آناليز اندازه¬گيري سطح ويژه(BET) و آناليز پايداري حرارتي(TGA) بررسي شد. با انجام آزمون BET، ميزان سطح ويژه هر يك از جاذب¬هاي ZIF-8 و Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA] به ترتيب 7/1749 و m2/g08/803 جاذب تعيين شد. نتايج حاصل از آناليز FE-SEM گواه از عدم تجمع و اندازه متوسط ذرات به ترتيب nm88 و nm38 براي ZIF-8 و Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA] بوده است. پارامترهاي تاثيرگذار تعيين شده بر روي ميزان جذب دي¬بنزوتيوفن شامل ميزان جرم جاذب، دما و زمان اختلاط براي هر جاذب در نظر گرفته شد. در كار حاضر از يك بشر شيشه¬اي آزمايشگاهي به عنوان مكان انجام واكنش و از دستگاه اولتراسونيك به عنوان محيطي جهت ايجاد اختلاط مناسب، تنظيم و كنترل‌هاي دمايي و زمان استفاده شد. با استفاده از طراحي آزمايش(بهره¬گيري از روش سطح پاسخ و طراحي مركب مركزي)در نرم¬افزار Design Expert، شرايط هر يك از آزمايش¬ها براي صرفه¬جويي در زمان و هزينه تعيين شد. نتايج آزمايش¬هاي صورت گرفته نشان دادند تثبيت مايع يوني بر روي سطح ZIF-8 باعث بهبود قابل توجه بازده كاهش گوگرد و رسيدن به استاندارد يورو4 شد. در اين ميان، ميزان جاذب با بيشترين سهم اثرگذاري مهمترين پارامتر براي ميزان جذب آلاينده تشخيص داده شد. در شرايط بهينه (مقدار g55/0 جاذب، دماي ℃5/129 و زمان اختلاط min225) مشخص شد نانوجاذب Fe3O4@ZIF-8@[HEMIm][DCA] قابليت كاهش گوگرد به ميزان ppm 41 با انحراف استاندارد 4082/0 معادل حذف % 5/79 از گوگرد موجود در گازوئيل داراست. در همين شرايط با استفاده از چارچوب آلي- فلزي ZIF-8 مقدار گوگرد به ppm 103 معادل بازده % 5/48 با انحراف استاندارد 3265/0 كاهش پيدا كرد. در ادامه آزمايش¬هاي ناپيوسته تاثيرگذاري مقدار جرم جاذب ، زمان واكنش، نوع و سرعت چرخش همزن(نحوه اختلاط) بررسي شدند. نتايج نشان داد كه افزايش دوز جاذب و افزايش زمان اختلاط باعث بهبود ميزان جذب و راندمان گوگردزدايي مي¬شود. همچنين با انجام آزمايش‌هايي مشخص شد در فرايند اختلاط جاذب و جذب¬شونده، دستگاه اولتراسونيك درمقايسه با همزن مغناطيسي عملكرد بهتري در گوگردزدايي داشت. در نهايت بازيابي نانوجاذب استفاده شده از طريق اعمال ميدان مغناطيسي و شستشو با حلال در حضور گاز نيتروژن صورت گرفت و مشخص شد تا 4 مرتبه قابليت استفاده مجدد را دارد.

225162

طراحي فرايند

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان