JARC H 2 CO O 2 CO 2 N 2. kj.mol -1 و 7 / 78

Transcript

1 JARC کربنی مولکولی غربال روی بر و هیدروژن مونوکسید کربن سطحی جذب بررسی 3 قاسمي محمدرضا و 2 موسوی زهرا 1 و* زاده بزرگ حمیدرضا ايران تهران نفت صنعت پژوهشگاه گاز پژوهشكده فیزیک شیمی استادیار 1- ايران تهران اسالمي آزاد دانشگاه شمال تهران واحد مهندسی و فنی دانشکده شيمي مهندسي ارشد کارشناس 2- ايران تهران اسالمي آزاد دانشگاه شمال تهران واحد مهندسی و فنی دانشکده شیمی مهندسي استاديار آبان پذیرش: 1392 مهر بازنگری: 1392 شهریور دریافت: این در است. شیمیایی صنایع در ویژهای اهمیت دارای گازها مخلوط از و هیدروژن مونوکسید کربن گازهای جداسازی فرایند چکیده: مورد حجمی روش به 35 kpa تا 2 فشار گستره در 2 C دمای در )CMS( کربنی مولکولی غربال روی بر گازها این جذب مقدار پژوهش است. آمده بهدست 2 / 77 mmol.g 1- و 3 / 39 6 / 98 ترتیب به و هیدروژن مونوکسید کربن جذب مقدارهای بیشترین است. گرفته قرار بررسی میدهد نشان النگمیر جذب همدمای نمودار است. شده ارزیابی النگمیر مدل با منطبق اکسل افزار نرم از استفاده با گازها این جذب همدمای نمودار از و میگیرد صورت گازها این جذب سرعت در تفاوت اساس بر کربنی مولکولی غربال با و هیدروژن مونوکسید کربن گازهای جذب سرعت كه انرژی و حفرهها ریز در شده جذب گاز حجم حداکثر )DR( رادوشکویچ دوبینین مدل از استفاده با میكند. پیروی دوم مرتبه شبه سینتیکی مدلهای 7 / 95 ترتیب به و هیدروژن مونوکسید کربن جذب برای آمده بهدست پتانسیل انرژی شد. محاسبه جذب نوع بینی پیش برای جذب پتانسیل آمدهاند. بهدست 7 / 79 kj.mol -1 و 7 / 78 رادوشکویچ دوبینین مدل سینتیکی مدل النگمیر همدمای کربنی مولکولی غربال سطحی جذب کلیدی: واژههای مقدمه جداسازیگازهاازیكدیگردرصنایعنفت گازوپتروشیمیازاهمیت فرایندهای از بسیاری در اینکه به توجه با و برخوردارست ویژهای CH 4 و H 2 CO O 2 CO 2 N 2 گازهای جداسازی پاالیشگاهی جذب و جداسازی برای بسیاری پژوهشهای دارد زیادی اهمیت 2[ و ]1 فعال كربن مانند متفاوتی جاذبهای از استفاده با گازها این دیواره تك كربنی نانولولههای ]5[ زئولیتها 4[ و ]3 کربن الیاف كربنی جاذبهای بین در 7[. و ]6 است شده انجام دیواره چند و حفره های ویژه ساختار داشتن دلیل به کربنی مولکولی غربالهای این است. یكسان آنها در حفرهها اندازه توزیع كه دارند مشخصی هب مشخص اندازههای با گاز مولكولهای جذب به منجر ویژگیها سطح دارای متخلخل ساختاری با مواد این میشود. انتخابی طور افزایش را آنها جذب پتانسیل توانایی كه هستند باالیی ویژه چوب زغال چوب مانند سلولزی مواد از جاذب نوع این ]8[. میدهد بادام )گردو جنگلی میوههای پوست و حبوبات انواع سبوس برگ سنگ زغال كك مانند سنگی زغال مواد از و و...( نارگیل فندق دلیل به كربنی مولكولی غربالهای ]9[. میشود ساخته قیر و نارس در فرد به منحصر ساختار داشتن همچنین و بودن خنثی ماهیت bozorgzadehhr@ripi.ir مکاتبات: *عهدهدار 93 بهار 1 شماره هشتم سال 5

2 ... و هیدروژن مونوکسید کربن سطحی جذب بررسی زئولیتها مانند مولكولی غربالهای دیگر ساختارهای با مقایسه ویژه كاربردهای در آنها از میتوان كه دارند توجهی قابل مزایای شیمیایی مقاومت باال آبگریزی از عبارتاند مزایا این کرد. استفاده خنثی محیطهای در كربنی ساختار پایداری بازها و اسیدها برابر در غربالهای 11[. و ]1 آنها ساخت پایین هزینه و باال دمای و از اكسیژن مانند گازی مخلوطهای جداسازی برای كربنی مولكولی و پروپیلن از پروپان اتیلن از اتان كربن اكسید دی از نیتروژن 13[. و ]12 است شده استفاده گازها مخلوط از هیدروژن کربن گازهای جذب زمینه در محدودی پژوهشهای آنجاییكه از كربنی مولكولی غربالهای از استفاده با و هیدروژن مونوکسید گازها این جذب بررسی پژوهشی كار این در هدف است شده انجام جذب ترتیب تا بوده یكسان شرایط در كربنی مولکولی غربال روی بر مقدارهای شود. مشخص جداسازی فرایند در و مخلوط شرایط در آنها تا شد مقایسه یکدیگر با جذب همدمای نمودارهای از استفاده با جذب برای مناسب سینتیكی مدل جذب سینتیک و همدما نمودار بررسی با شود. مشخص کربنی مولکولی غربال روی بر گازها این جذب تجربی بخش مصرفی مواد با گاز رهام شركت از He و CO H 2 CH 4 مصرفی گازهای شدند. تهیه صد در 99 / 999 خلوص پسته پوست از استفاده با كربنی مولكولی غربال ساخت مراحل کربن به پسته پوست تبدیل 1-. متفاوت مواد از استفاده با تلقیح 2-. دهی شكل 3-. نهایی فعالسازی 4-. اتمسفر در گراد سانتی درجه 75 دمای در پسته پوست ابتدا سپس شد. كربن به تبدیل و شده كربونیزه ساعت 4 مدت به نیتروژن به قطرانی قیر با و بندی دانه 1 تا 3 مش با شده ساخته كربن خشك سانتیگراد درجه 1 دمای در و تلقیح بنزن حالل كمك از استفاده با رطوبت كمی صد در و مناسب افزودنی با كربن پودر شد. 7 دمای در و شد تبدیل كربنی قرصهای به زنی قرص دستگاه شد. انجام شدن كلسینه عملیات نیتروژن حضور در سانتیگراد درجه شده ساخته كربنی مولكولی غربال شناسایی كربنی مولكولی غربال كل ویژه سطح BET روش از استفاده با 35 m 2 g -1 اندازهگیریشد بهکارگیریروشBET ساختهشدهکهبا سطح محاسبه برای نیتروژن از BET روش در كه آنجایی از بود. مولكولی غربالهای حفرههای قطر چون و میشود استفاده ویژه این از آمده بهدست دادههای هستند نانومتر 2 از كوچكتر كربنی از داشت نخواهد حفرهها حجم اندازه تعیین برای خوبی دقت روش مجح جذب اندازهگیری سامانه از آمده بهدست نتیجههای با اینرو برای مقاله این در )DR( 1 رادوشکویچ دوبینین روش به حفرهها ریز شد. تعیین شده ساخته نمونه شرحروشودستگاهاندازهگیریجذبگازرویغربالمولكولیكربنی جذب تعادل اندازهگیری برای معمول روش دو حجمی و وزنی روش تعادلجذببرمبنایاندازهگیریتغییراتوزنی هستند کهدرروشوزنی حجمی روش در درحالیکه میشود بررسی جذب حین در جاذب نمونه میشود. تفاوتمقدارگازپیشوپسازجذب اندازهگیری تعادلجذبدر در )موجود جذب اندازهگیری دستگاه کمک به پژوهش این در ساخته و طراحی حجمی روش مبنای بر که نفت( صنعت پژوهشگاه 2 C دمای در و هیدروژن مونوکسید کربن جذب است شده است. شده داده نشان 1 شکل در مذکور دستگاه شمای شد. بررسی مخزنی از و شونده جذب گاز برای مخزن یک از دستگاه این در یک از نظر مورد دمای تنظیم جهت و جذب ستون عنوان به دیگر فشارسنج و 1 شماره شیر کمک به است. شده استفاده آب حمام کمک به فشار این که میشود اعمال گاز مخزن در نظر مورد فشار لولهها مانند دستگاه قسمتهای کلیه است. رویت قابل حسگر یك و بوده استیل جنس از جذب ستون و گاز مخازن و پیوندها شیرها دارند. را 6 kpa تا فشار حداکثر قابلیت 1. Dubinin Radushkevich 93 بهار 1 شماره هشتم سال )JARC( شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 6

3 / همکاران و زاده بزرگ ثابت دمای در CH 4 و H CO جذب اندازهگیری 2 قرار جذب ستون در كربنی مولكولی غربال نمونه گرم 2 حدود خالء تحت آن دمای گرمایی ژاكت یک کمک به ابتدا و شد داده نگه دما این در ساعت 2 مدت به و شد داده افزایش 3 C به زا جاذب بهوسیله شده جذب آالیندههای تمام تا میشود داشته ظرف یک کمک به جذب ستون دمای سپس شوند. حذف آن مقدار تعیین جهت شد. داده كاهش 2 C دمای به آب حمام جاذب ظاهری حجم متفاوت فشارهای در جاذب با شونده جذب پذیرفت. انجام هلیوم اثر بی گاز کمک به عمل این شد. محاسبه 2( و 1 شماره شیرهای بین موجود )حجم V 1 حجمهای داشتن با P 1 فشارهای کمک به و 3( و 2 شیرهای بین موجود )حجم V 2 و فشار 1 شماره شیر کردن باز با شد. اندازهگیری جاذب حجم P 2 و شماره شیر بستن از بعد شد. تنظیم P 1 دلخواه فشار به گاز مخزن گاز تا شد داده اجازه 2 شماره شیر کردن باز با P 1 یادداشت و 1 اشغال را 2 و 1 شماره شیر بین موجود فضای تمام شده منبسط در زمان با سامانه درون گاز فشار تغییرهای لحظه همین از کند. مییافت. ادامه P( 2 ( تعادل حالت به رسیدن تا و شده ثبت کامپیوتر جذب همدماهای بررسی شده یاد مراحل تمامی انجام از پس شد. شروع و هیدروژن مونوکسید کربن گازهای برای کامپیوتر فشار سنسور جذب مولهای تعداد مجموع )که فشار هر در موجود مولهای تعادلی فشار در باقیمانده تعادلی مولهای و V 1 حجم در شده تعادلی فشار در موجود مولهای و است( V 2 حجم در قبلی نقطه تعداد دو این بین تفاضل شد محاسبه گازها قانون کمک به فشارهای برای است. جاذب جرم واحد بر شده جذب مولهای باالتر فشارهای برای و شد استفاده آل ایده گاز قانون از پایین شد. استخراج ]14[ مرجع در موجود روابط از پذیری تراکم ضریب مونوکسید کربن گازهای جذب همدمای نمودارهای 2 شکل در توپر خطوط شکل این در است. شده داده نشان و هیدروژن دادههای به مربوط نقاط و 1( )رابطه 1 النگمیر رابطه دهنده نشان نشان شکلها این که همانطور آزمایشهاست. از آمده بهدست و هیدروژن مونوکسید کربن برای جذب دادههای میدهند النگمیر رابطه با خوبی بسیار سازگاری مطالعه مورد جاذب روی بر تعیین اساس همین بر که النگمیر رابطه عاملهای ضمن در دارد. شدهاند. آورده 1 جدول در شدهاند روی CH 4 و H 2 CO گازهای جذب برای النگمیر رابطه عاملهای 1 جدول گاس ای کربنی مولکولی غربالجذب بزای نمونه ال گویز دل و ر ی بز گاس ا b )1.kPa -1 ( q m )mmol.g -1 ( R 2 / 8 7 / 45 / 996 CO / 13 3 / 81 / 997 / 9 2 / 9 / 995 H 2 CH تبدیلکننده C-V 1 شیر 2 شیر 3 شیر خالء پمپ جذب ستون گاز مخزن فشارسنج حجمی روش به جذب اندازهگیری دستگاه شمای 1 شکل گاز ورودی شونده جذب الوگمیر مووواکسید کربه هیدروژن جاذب گسم شونده جرب مول میلی بحث و نتیجهها جذب( )همدمای ثابت دمای در جذب مقدار اندازهگیری تعداد متفاوت فشارهای در شده جذب گاز مقدار تعیین برای )کیلوپاسکال( فشاز نمونه روی 2 C دمای در CH 4 و H 2 CO جذب همدمای نمودار 2 شکل کربنی مولکولی غربال 1. Langmuir 93 بهار 1 شماره هشتم سال )JARC( شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 7

4 /... و هیدروژن مونوکسید کربن سطحی جذب بررسی و هیدروژن مونوکسید کربن جذب در النگمیر رابطه ارزیابی حالت در سطح از آن دفع نرخ و سطح روی بر گاز جذب نرخ است. شده معرفی 1 رابطه صورت به النگمیر توسط تعادل )1( شونده جذب ماده مقدار q m و است k a /k d برابر b آن در که k d و k a است. شده جذب ماده مقدار q و الیه تك تشكیل برای هستند. دفع و جذب ثابتهای ترتیب به مولکولها از الیه تک یک که میکند فرض النگمیر رابطه مولکولهای بین کنشی برهم هیچ و میشود تشكیل سطح روی کربن برای رابطه این بررسی جهت ندارد. وجود شده جذب دادههای با را رابطه این بایستی و هیدروژن مونوکسید از میتوان کار این برای که داد تطبیق متفاوت فشارهای در جذب ]15[. کرد استفاده خطاها مربعات مجموع حداقل روش جذب سرعت اندازهگیری تعیین و ساختار بررسی جهت گوناگونی معیارهای اگرچه توزیع چگالی ویژه سطح مثال )برای جاذب یک مشخصات آن عملكرد اما دارند وجود و...( روزنهها حجم ها روزنه اندازه سرعت یعنی جداسازی مؤثر عامل مهمترین با عمومی بهطور میشود. تعیین گازی مخلوط یک در موجود متفاوت اجزای جذب نمونههای روی بر گازها جذب سرعت اندازهگیری دلیل همین به حسب بر شده جذب گاز مول تعداد تغییرهای به توجه با جاذب هیدروژن مونوکسید کربن گازهای جذب مقدار شدند. رسم زمان کربنی مولکولی غربال گرم 2 روی بر 2 kpa فشار در و استفاده با است. شده داده نشان 2 نمودار در و اندازهگیری زمان با آمد. بهدست گازها جذب سرعت نمودار این از مولکولی غربال اولیه لحظات در که میدهد نشان 3 شکل بیشترین به جذب دقیقه 2 حدود از بعد و دارد باالیی جذب کربنی هك میدهد نشان دادهها این میرسد. تعادل حالت یا و خود مقدار یكدیگر با كربن مولكولی غربال روی بر گازها این جذب نرخ رسیدن زمان فشار کاهش با که است ذکر به الزم است. متفاوت یافت. خواهد افزایش اشباع نقطه به متفاوت مدلهای با كربن مولكولی غربال روی بر گازها جذب سینتیكی مدلهای آنها بین در كه است شده بررسی سینتیكی این در ]16[. است داشته را کاربرد بیشترین دوم و اول مرتبه شبه است. شده استفاده مدل دو این از نیز پژوهش موووکسید کربه هیدروژن )دقیقه( شمان 1 اول مرتبه شبه سینتیکی مدل برای 1898 سال در را جذب سرعت اول مرتبه رابطه 2 الگرجرن روی 4 مالونیک اسید و 3 اگزالیک اسید جذب سرعت روند توصیف است: داده پیشنهاد زیر صورت به چوب زغال ( ) )2( در تعادل حالت در جذب مقدارهای q t و q e (mmol.g -1 ( که از بعد است. اول مرتبه شبه جذب ثابت k 1 است. t (min( زمان میشود: تبدیل زیر خطی فرم به گیری انتگرال kpa فشار در CH و H CO جذب سرعت نمودار 3 شکل 4 2 ( ) ( ) )3( مقدارهای )4 )شکل t مقابل در log (q e -q t ( دادههای رسم با رابطه میآید. بهدست نمودار مبدأ از عرض و شیب از q e و k 1 نامیده نیز اول مرتبه شبه رابطه الگرجرن اول مرتبه جذب سرعت ]17[. میشود جاذب گسم شونده جرب مول میلی 1. Pseudo first order 2. Lagergren 3. Oxalic acid 4. Malonic acid 93 بهار 1 شماره هشتم سال )JARC( شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 8

5 بزرگ زاده و همکاران عاملهای رابطه الگرجرن در جدول 2 آمده است. همان طور که در این جدول نشان داده شده مقدارهای جذب در حالت تعادل در مدل شبه مرتبه اول بسیار بیشتر از مقدارهای آزمایشگاهی بوده که نشان میدهد مدل سینتیکی شبه مرتبه اول دارای خطای زیادی بوده و مدل مناسبی برای ارزیابی سینتیک جذب نیست. سرعت جذب یونهای فلزی دو ظرفیتی بر روی زغال سنگ نارس به صورت زیر پیشنهاد داده است ]18[. ( ) )4( q t مقدارهای جذب در حالت تعادل و در q e و که ( -1 (mmol.g k 2 ثابت جذب شبه مرتبه زمان (min( t و ( -1.min (g.mmol -1 دوم است. بعد از انتگرالگیری رابطه به فرم خطی زیر تبدیل میشود. )5( رابطه 5 به فرم خطی زیر نیز نوشته میشود. [ ] ( ) دػت هیآیذ. q e k 2 و t/q t در مقابل t )شکل 5( مقدارهای با رسم دادههای با استفاده از شیب و عرض از مبدأ نمودار بهدست میآید. در جدول 2 مقدارهای ثابت جذب شبه مرتبه دوم و مقادیر جذب در حالت تعادل نشان داده شده است. همانطور که در این جدول نشان داده شده است مقدارهای جذب در حالت تعادل در مدل شبه مرتبه دوم مشابه مقدارهای آزمایشگاهی بوده که نشان میدهد مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم مدل مناسبی برای ارزیابی سینتیک جذب است. بررسیهای مشابهی جهت اندازهگیری سینتیک جذب بر روی CMS توسط توماس و همکارانش گزارش شده است ]19[. )6( کربه موووکسید log(qe-qt) شمان )دقیقه( هیدروژن شکل 4 مدل سینتیکی شبه مرتبه اول برای جذب H CO و CH در فشار کیلوپاسکال H 2 جدول 2 عاملهای رابطه سینتیکی شبه مرتبه اول و دوم برای جذب هزتبCH ا ل روی د م CMS بزای جذب 4 هعادل سی تیکی ضبCO و هذل سی تیکی CO H 2 CH 4 عاهل k (min -1 ( / 232 / 33 / 223 (q e( cal (mmol.g -1 ( / 368 / 41 / 425 (q e( exp (mmol.g -1 ( / 761 / 616 / 497 R 2 / 679 / 699 / 778 ؿج هشتج ا ل ؿج کربه موووکسید هیدروژن k (min -1 ( 29 / / / 316 (q e( cal (mmol.g -1 ( / 767 / 626 / 511 t/q 8 6 هشتج د م (q e( exp (mmol.g -1 ( / 761 / 616 / R 2 / 98 / 98 / شمان )دقیقه( 1. Pseudo second order 2. Ho 1 مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم هو 2 در سال 1995 رابطه شبه مرتبه دوم را برای توصیف فرایند CH 4 در فشار H 2 و شکل 5 مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم برای جذب CO 2 kpa نشریه پژوهشهای کاربردی در شیمی )JARC( سال هشتم شماره 1 بهار 93 9

6 بررسی جذب سطحی کربن مونوکسید هیدروژن و... تعیین حجم ریز حفرهها به روش دوبینین رادوشکویچ )DR( رابطه همدمای جذب دوبینین با استفاده از تئوری پرشوندگی حجمی و پتانسیل جذب پوالنی 1 نتیجه گرفته شد ]2[. منافذ موجود در جامدهای ریزحفره به دو دسته حفرههای ریز )7 / تا 2 نانومتر( و فوقالعاده ریز )زیر / 7 نانومتر( تقسیمبندی میشوند. شاید مهمترین ویژگی جذب فیزیکی در ریزحفرهها تفاوت زیاد انرژی جذب در این دو دسته در مقایسه با جذب روی نمونههای غیر متخلخل اما با ماهیت شیمیایی یکسان با نمونههای متخلخل باشد. فضای داخل این حفرهها به ترتیب از حفرههای ریز تا فوقالعاده ریز به وسیله مولکولهای جذب شونده و بر اساس مقدار قدرت جذب ناشی از میدان نیروی دیوارههای داخلی حفرهها صورت میگیرد. این نوع از جذب سطحی به عنوان پر شدن حجم ریز حفرهها )VFM( نامگذاری شده است که توسط پوالنی مطرح شده است ]21[. دوبینین و رادوشکویچ با فرض پذیرفتن نظریه VFM رابطه خود را بهصورت زیر ارایه کردند: ( ( ) ) )7( V حداکثر P/P که V حجم گاز جذب شده در فشار نسبی حجم گاز جذب شده در ریز حفرهها و E انرژی پتانسیل جذب βe و است. قابل ذکر است که در بعضی مراجع E را بهصورت E انرژی مشخصه جذب RTln(P/P( را با A نشان میدهند که و β ضریب تشابه است. برای تعیین حجم ریز حفرهها میتوان رابطه 7 را بهصورت زیر نوشت. ( ) ( ) ( ) ( ( )) )8( بنابراین با رسم مقدارهای ln(v( در فشارهای نسبی متفاوت در مقابل (( ( ( یک خط مستقیم به دست میآید که به کمک عرض از مبدأ منحنی میتوان حجم ریز حفرهها را بهدست آورد. بنابراین قبل از هر چیز بایستی دادههای جذب در فشارهای نسبی متفاوت که بر حسب میلی مول بر گرم میباشند را به سانتیمتر مکعب بر گرم درآوریم که برای این کار انتخاب چگالی ماده جذب شونده از اهمیت زیادی برخوردار است. فشار اشباع در این پروژه از رابطه کالپیرون براساس رابطه زیر محاسبه شد: ln ( ) ( ) )9( P s فشار بخار P بر حسب کلوین T دمای جوش گاز در فشار که اشباع در همان واحد M P جرم مولکولی گاز ( 1- (kg.mol LV گرمای نهان تبخیر ماده ( 1- (J.kg T دمای گاز )K( و چگالی گازها در فشار اشباع مورد نظر بر اساس رابطه زیر محاسبه شد. )1( براساس رابطه کالپیرون فشار اشباع گازهای کربن مونوکسید هیدروژن و در دمای 2 C به ترتیب 613 kpa 154 و 239 و دانسیته این گازها در فشار اشباع مورد نظر نیز به ترتیب -1 g.ml / 13 / 75 و / 157 بهدست آمده است. نمودارهای DR گازهای کربن مونوکسید هیدروژن و در شکل 6 نشان داده شدهاند. (ln(p/p)) کربن مونوکسید هیدروژن ln(v) CH 4 در دمای 2 C بر روی H 2 و شکل 6 منحنی DR برای جذب CO نمونه غربال مولکولی کربنی مقدارهای R 2 بهدست آمده از این منحنیها نشان دهنده سازگاری خوب از مدل DR با دادههای آزمایشگاهی است. به 1. Polanyi نشریه پژوهشهای کاربردی در شیمی )JARC( سال هشتم شماره 1 بهار 93 1

7 بزرگ زاده و همکاران کمک عرض از مبدأ این نمودارها مقدارهای حجم ریزحفرهها برای گازهای کربن مونوکسید هیدروژن و به ترتیب / 448 / 649 و -1.g / 394 cm 3 بهدست آمدهاند که در جدول 3 گزارش شده است. همچنین انرژی پتانسیل جذب به کمک شیب نمودار DR بهدست آمده است. انرژی پتانسیل جذب عاملی است که نوع جذب را پیش بینی میکند. 1- kj.mol E8 < نشان دهنده جذب سطحی فیزیکی E<16 kj.mol تبادل یونی و -1 8 kj.mol -1 < E > 16 kj.mol -1 جذب سطحی شیمیایی است ]22[. در این مقاله انرژی پتانسیل جذب برای کربن مونوکسید هیدروژن و کمتر از 8 بوده که نشان دهنده جذب سطحی فیزیکی شامل نیروهای واندروالس هستند. نتیجه گیری نمودارهای همدمای جذب کربن مونوکسید هیدروژن و بر روی غربال مولکولی کربنی نشان دادند كه نمونه غربال مولکولی کربنی قادر به جذب این گازها در دمای 2 C است. دادههای تجربی بهدست آمده از جذب سازگاری خوبی با نمودار همدمای النگمیر دارد. بررسی سرعت جذب گازها نشان داده است که کربن مونوکسید هیدروژن و با سرعتهای متفاوت بر روی غربال مولکولی کربنی جذب میشوند و ترتیب جذب آنها بهصورت CH 4 است. < H 2 < CO CH 4 روی نمونه H 2 و جدول 3 عاملهای معادله DR برای جذب CO ای هعادل بزای جذب غربال مولکولی کربنی بز ر ی و غزب گاس جذب ض ذ e(cal( q در مدل شبه e(exp( q تفاوت زیادی نسبت به مقدارهای e(exp( q به تقریب مشابه به مرتبه اول دارد. درحالیکه مقدارهای e(cal( q در مدل شبه مرتبه دوم است و این نشان میدهد مدل شبه مرتبه اول دارای خطای زیادی بوده و مدل مناسبی برای بررسی سرعت جذب گازها نیست. درحالیکه مدل شبه مرتبه دوم دارای خطای کمتر از 1 درصد بوده و مدل مناسبی برای بررسی سرعت جذب گازهای کربن مونوکسید هیدروژن و روی غربال مولکولی کربنی است. مقدارهای R 2 بهدست آمده از نمودارهای DR نشاندهنده سازگاری خوب این مدل با دادههای آزمایشگاهی است. انرژی پتانسیل جذب به کمک شیب نمودار DR بهدست آمده است. انرژی پتانسیل جذب برای کربن مونوکسید هیدروژن و کمتر از ( 1- )kj.mol 8 بهدست آمده که نشان دهنده جذب سطحی فیزیکی شامل نیروهای واندروالس هستند. V DR )cm 3.gr -1 ( E )kj.mol -1 ( R 2 CO / 448 7/ 959 / 986 H 2 / 649 7/ 78 / 983 CH 4 / 394 7/ 89 / 987 [1] Alcaniz-Monge, J.; Della Casa-Lillo, M.A.; Cazorla-Amoros, D.; Linares-Solano, A.; Carbon, 35(2), 291 7, [2] Lozano-Castello, D.; Alcaniz-Monge, J.; Casa-Lillo, M.A.; Cazorla- Amoros, D.; Linares-Solano, A.; Fuel, 81, , 22. [3] Shao, X.; Wang, W.; Zhang, X.; Carbon, 45, 27. [4] Vermesse, J.; Vidal, D.; Malbrunot, P.; Langmuir, 12, , مراجع [5] Darkrim, F.L.; Malbrunot, P.; Tartaglia, G.P.; International Journal of Hydrogen Energy, 27(2), , 22. [6] Wang, Q.Y.; Johnson, J.K.; J. Phys. Chem. B, 13(23), , [7] Rashidi, A.M.; Akbarnejad, M.M.; Khodadadi, A.A.; Mortazavi, Y.; Ahmadpour, A.; Nanotechnol, 18, 31565, 27. [8] Dabrowski, A.; Studies in Surface Science and Catalysis, 12, نشریه پژوهشهای کاربردی در شیمی )JARC( سال هشتم شماره 1 بهار 93 11

8 بررسی جذب سطحی کربن مونوکسید هیدروژن و... [9] Schroter, H.J.; Gas Separation & Purification, 7(4), , [1] Flank, W.H.; Whyte, T.E.; American Chemical Society, [11] Dabrowski, A. Studies in Surface Science and Catalysis, 12, [12] Flank, W.H.; Whyte, T.E.; American Chemical Society, [13] Pakseresht, S.; Kazemeini, M.; Akbarnejad, M.M.; Sep. Purif. Technol, 28, 53, 22. [14] Arobert, H.; Perry-Don, W.; Perry s Chemical Engineer s handbook, McGraw Hill Company, [15] Crittenden, B.; Thomas, W.J.; Elsevier Science & Technology Books, [16] Ho, Y.S.; Scientometrics, 59(1), , 24. [17] Ho, Y.S.; McKay, G.; Process Biochemistry, 34, , [18] Qiu, H.; Lv, L.; Pan, B.C.; Zhang, Q.J.; Zhang, W.M.; Zhang, Q.X.; Zhejiang Univ Sci A, 1(5), , 29. [19] Thomas, K.M.; Reid, C.R.; J. Phys. Chem. B, 15, , 21. [2] Hutson, N.D.; Yang, R.T.; Adsorption, 3, , [21] Dubinin, M.M.; J. Colloid and Interface Science, 23, , [22] Monika, J.; Garg, V.; Kadirvelu, k.; Hazardous materials,162, , 29. نشریه پژوهشهای کاربردی در شیمی )JARC( سال هشتم شماره 1 بهار 93 12

9 JARC Adsorption of carbon monoxide, hydrogen and methane on carbon molecular sieve H.R. Bozorgzadeh 1, *, Z. Mousavi 2 and M.R. Ghasemi 3 1. Assistant Prof. of Physical Chemistry, Gas Research Institute, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran 2. MSc. in Chemical Engineering, Facullty of Engineering and Technology, Tehran North Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran 3. Assistant Prof. of Chemical Engineering, Facullty of Engineering and Technology, Tehran North Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran Recieved: April 213, Revised: May 213, Accepted: May 213 Abstract: Separation of carbon monoxide, hydrogen and methane from gas mixtures is an important industrial process. In this work, the adsorption capacity of carbon molecular sieve (CMS) for these gases was studied by volumetric method at temperature of 2 C and pressure in the range of 2-35 kpa. Maximum adsorption of carbon monoxide, hydrogen and methane was 6.98, 3.39 and 2.77 mmol.g -1, respectively. Adsorption isotherms of these gases by using Excel showed to be a Langmuir type adsorption. Gas adsorption rate was calculated and showed that carbon monoxide, hydrogen and methane adsorptions by CMS were based on the difference between their adsorption rates and followed a kinetic rate of pseudo second-order. The maximum volume of adsorption gas of micro pores and potential energy as the parameter for predicting the type of adsorption were calculated using Dubinin-Radushkevich (DR) method. Adsorption potential energy for carbon monoxide, hydrogen and methane were in the order of 7.95, 7.78 and 7.79 kj.mol -1. Keywords: Adsorption, Carbon molecular sieve, Langmuir isotherm, Kinetic model *Corresponding author bozorgzadehhr@ripi.ir Journal of Applied Research in Chemistry 85