Geri Dön

An experimental study on CO2 and butane adsorption on activated carbon

Aktif karbon üzerine CO2 ve bütan adsorpsiyonu üzerine deneysel bir çalışma

PDF İndir

  1. Tez No: 245980
  2. Yazar: GÖRKEM OĞUR
  3. Danışmanlar: PROF. AHMET ERHAN AKSOYLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2009
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
  12. Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Mevcut çalışmanın amacı, aktif karbon (AK) numunelerinin, yapısal ve yüzey kimyası özelliklerinin, AK örneklerinin CO2 ve bütan adsorpsiyon kapasitesi ve davranışına olan etkisinin incelenmesidir. Çalışmanın birinci bölümünde, daha önce B. S. Çağlayan tarafından hazırlanmış numunelerin, seçici CO2 adsorpsiyon davranışı üzerinde, oksidasyon metotları ve yüzey kimyasının, Na2CO3 emdirilmesinin ve kalsinasyon sıcaklığının etkileri belirlenmiştir. Adsorpsiyon deneyleri, ağırlık ölçümüne dayalı analizör ile yapılmış ve gaz kompozisyonu kütle spektrometresi cihazıyla analiz edilmiştir. Emdirilmemiş numunelerin oksijen tutan yüzey gurupları sıcaklık programlamasıyla salınım (SPS) metoduyla belirlenmiştir. Sonuçlar; hava oksidasyonun, anhidrit ve karboni/kuinon miktarını arttırdığı fakat lakton ve karboksil miktarını azalttığını ortaya çıkarmıştır. Toplam yüzey alanı ve CO2 adsorpsiyon kapasitesi hava oksidasyonuyla yükselmiştir. HNO3 oksidasyonunun yüzey grupları üzerinde güçlü bir etkisi vardır. HNO3 uygulamasıyla karboksilik bölgelerin artması ve BET yüzey alanının düşmesi, CO2 adsorpsiyon kapasitesinde düşmeye sebep olmuştur. Fakat sonuçlar HNO3 uygulamasının, Na2CO3'ün yüzeyde yayılmasını, hava oksidasyonundan daha fazla arttırdığını ortaya çıkarmıştır. Bu artış da karboksilik yüzey gruplarının artışına bağlanmıştır. Na2CO3 emdirilmesinin, hem tersinir hem de tersinmez CO2 adsorpsiyonunu arttırdığı ortaya çıkmıştır. Öte yandan, 250 °C ye kadar, kalsinasyon sıcaklığının adsorpsiyon gidişatına etkisi olmamıştır, fakat 300 °C'de kalsine edilmiş numune, diğer kalsine edilmiş numunelere göre, daha üstün adsorpsiyon kapasitesi göstermiştir. Tüm numuneler seçici adsorpsiyon davranışı göstermiş; buna karşın Na2CO3 emdirilmiş numuneler ilk temasta belli bir ölçüde H2 ve CO'yu tersinmez şekilde adsorbe etmiştir.Çalışmanın ikinci bölümünde, Ford Otosan A. Ş. Tarafından temin edilen ticari aktif karbon numunelerinin (AC10, AC11 ve AC12), fiziksel ve kimyasal yüzey özellikleriyle adsorpsiyon kapasiteleri ve adsorpsiyon davranışları arasındaki ilişki araştırılmıştır. Ağırlık ölçümüne dayalı analizör ile 40 °C, 70 °C ve 100 °C'de, durgun şartlarda, sabit sıcaklık eğrileri elde edilmiştir. Numunelerin oksijen tutan yüzey grupları ve toplam yüzey alanı, sırasıyla BET ve SPS ile belirlenmiştir. AC10, AC11 ve AC12 numunelerinin bütan adsorpsiyon kapasiteleri 1 bar ve 40 °C'de sırasıyla, ağırlıkça %28.29, %29.56 ve %49.67 olarak belirlenmiştir. Sonuçlar yüzey alanıyla adsorpsiyon kapasitesi arasında güçlü bir bağlantı olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bununla birlikte, adsorpsiyon kapasitesinde; lakton, fenol ve karbonil/kuinon gruplarının önemli bir etkileri olmadığı, fakat karboksil ve anhidrit yüzey gruplarının sınırlı bir şekilde olumlu etkileri olabileceği görülmüştür. Langmuir sabit sıcaklık eğrisi adsorpsiyon verilerine oturtulduğunda yüksek korelasyon elde edilmesi, bütan adsopsiyonunun Langmuir sabit sıcaklık eğrisi ile temsil edilebileceğini göstermiştir. Elde edilen Langmuir sabitleriyle, Clasius Clapeyron denkleminin modifiye hali kullanılarak, AC10, AC11 ve AC12 numunelerinin adsorpsiyon enerjisi, sırasıyla -13.2 kj/mol, -12.6 kj/mol ve -16.5 kj/mol olarak hesaplanmıştır.

Özet (Çeviri)

The aim of this study is to investigate the effect of textural and surface chemical properties of activated carbon (AC) samples on their CO2 and butane adsorption capacities and adsorption behavior. In the first part of the study, the effects of surface chemistry, oxidation method, Na2CO3 impregnation and calcination temperature on selective CO2 adsorption behavior of activated carbon samples, which had been previously prepared by B. S. Çağlayan, was determined under dynamic conditions. Adsorption experiments were performed with a gravimetric analyzer and gas concentrations were analyzed with a mass spectrometer. Oxygen bearing surface groups of unimpregnated samples were determined via Temperature Programmed Surface Group Decomposition (TPSGD or TPD) deconvolutions. The results revealed that air oxidation increased the amounts of anhydrides and carbonyl/quinones whereas reduced the amounts of lactones and carboxyls. Total surface area and CO2 adsorption capacity increased with air oxidation. HNO3 oxidation had a strong influence on surface groups. Increase in the acidic carboxylic sites and reduction in the BET surface area upon HNO3 treatment, resulted in a decrease in the CO2 adsorption capacity. However, the results revealed that HNO3 oxidization has enhanced Na2CO3 dispersion more than air oxidation. This enhancement was attributed to increase in the carboxylic surface groups as well. It was discovered that Na2CO3 impregnation enhanced both reversible and irreversible CO2 adsorption. Calcination temperature, on the other hand, had no effect on the CO2 adsorption behavior up to 250 °C, however, sample calcined at 300 °C showed more superior adsorption capacity in comparison with other calcined samples. All samples showed selective CO2 adsorption behavior whereas Na2CO3 impregnated samples irreversibly adsorbed H2 and CO to a certain extent as the gases came into contact with the adsorbent.In the second part of the study, the relation between AC characteristics of commercial activated carbons (AC10, AC11 and AC12), which were provided by Ford Otosan A. Ş., and their butane adsorption capacity and characteristics were studied. For this purpose, butane adsorption isotherms were obtained at 40 °C, 70 °C and 100 °C by using a gravimetric analyzer in static mode. Oxygen bearing surface groups and total surface areas of the samples were determined via TPSGD/TPD and BET methods, respectively. Butane adsorption capacity of samples AC10, AC11 and AC12 was determined as 28.29%, 29.56% and 49.67% by weight at 1 bar and 40 °C respectively. Results revealed that there is a strong relationship between surface area and adsorption capacity. In addition, it was found out that lactone, phenol and carbonyl/quinone groups has no significant contribution on the adsorption capacity whereas, carboxyl and anhydride surface groups may have a limited positive contribution on the adsorption capacity. High correlation was obtained upon fitting Langmuir isotherm on the adsorption data showing butane adsorption on AC samples can be represented with Langmuir isotherm. The heat of adsorption was calculated as -13.2 kj/mol, -12.6 kj/mol and -16.5 kj/mol for samples AC10, AC11 and AC12 respectively from modified form of Clasius Clapeyron equation by using Langmuir constants obtained.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    100712

    Toksik ağır metal iyonlarının sepiyolit üzerine adsorpsiyon mekanizması

    The Adsorpsion mechanism of toxic heavy metal ions onto sepiolite

    MUSTAFA KARA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. MEHMET SABRİ ÇELİK

  2. Tez No

    917653

    Zeytin çekirdek atıklarının aktif karbona dönüşümü amaçlı sistem tasarımı

    System design for the conversion of olive seed wastes into activated carbon

    DERYA AKBULUT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Metalurji MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ OSMAN KURT

    PROF. DR. DİLEK ANGIN

  3. Tez No

    252372

    Aktif karbon ile çevre kirletici bazı unsurların giderilmesi

    Removal of enviromental pollutants by using activated carbon

    İLKÜN ORBAK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. REHA YAVUZ

  4. Tez No

    389291

    Investigation of sorption induced plasticization in polymeric CO2 separation membranes

    Polimerik CO2 ayırma membranlarında plastizasyonun incelenmesi

    SADİYE VELİOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ

    PROF. DR. MEHMET GÖKTUĞ AHUNBAY

  5. Tez No

    861061

    Solution-processed thin film deposition and characterization of multinarychalcogenides: Towards highly efficient Cu2BaSn(S,Se)4 solar devices

    Solüsyon yöntemiyle sentezlenmiş çok elementli kalkojenitlerin ince film kaplama ve karakterizasyonu: Yüksek verimli Cu2BaSn(S,Se)4 bazlı güneş soğuran cihazlara doğru

    BETÜL TEYMUR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Makine MühendisliğiDuke Unıversıty

    Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DAVİD B.MİTZİ

Geri Dön