بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از جاذبهاي مختلف در فرآیندهاي صنعتی و نیمه صنعتی همواره مد نظر بوده است. خالص سازي گازها در خوراك واحدهاي پتروشیمی و پالایشگاهی از اهمیت بسزایی برخوردار است. از این رو استفاده از جاذبهاي مختلف در سالهاي دور مورد استفاده بسیاري از صنعتگران قرار گرفته است. مشکلات استفاده از جاذبهاي حلالی موجب گردید که توجه بسیاري از سازندگان و صنعتگران به سمت جاذبهاي جامد جلب گردد. غربالهاي ملکولی از جاذبهاي جامد پرکاربرد در صنایع مختلف بویژه صنایع نفت، گاز و پتروشیمی میباشند. ترکیب غربالهاي ملکولی با پلیمرهاي با گروههاي آمینی در سالهاي اخیر مورد توجه محققان واقع شده است. این نوع از جاذبهاي کامپوزیتی به نام جاذبهاي سبد ملکولی شناخته میشوند. نتایج تحقیقات نشان داده است که این نوع جاذبهاي کامپوزیتی عملکرد بهتري را در مقایسه با غربالهاي ملکولی معمول دارند. از این رو در این تحقیق مطالعات مروري بر روي این زمینه از جاذبها انجام گردیده تا از جمع بندي آنها بتوان شناخت بهتري نسبت به این دسته از جاذبهاي کامپوزیتی جدید به دست آورد.
واژههاي کلیدي: جاذب هاي سبد ملکولی، جذب CO2، نقطه رسوخ، ظرفیت جذب، پلیمر.
– 1 مقدمه
گازهایی نظیر CO2، NOx و SOx که میتوانند بر اثر سوختن گازهاي فسیلی ایجاد شوند، اثرات مضري بر سلامت انسان و همچنین تخریب محیط زیست دارند. از این رو جذب و جداسازي این گازها در بسیاري از محیطهاي زندگی و همچنین در ورودي بسیاري از واحدهاي صنعتی مد نظر میباشد .[1]خالصسازي یکی از کارهاي مهم در جریانهاي مختلف گازي از جمله، گاز طبیعی، گاز سنتز و گاز هیدروژن میباشد. یکی از راههاي خالص سازي در صنعت، استفاده از حلالهاي آمینی براي جداسازي سولفید هیدروژن از جریانهاي گازي می-باشد. مهمترین مشکلات این روش شامل مصرف بالاي انرژي، سرعت جذب و دفع پایین و اتلاف آمین در جریان احیاء میباشد 1]و.[2
CO2 به عنوان یکی از گازهاي گلخانهاي از منابع آلاینده به حساب میآیند. در اثر سوختن گاز در بسیاري از فرآیندهاي گازي، CO2 تولید میشود و از این رو جداسازي این گاز در بسیاري از جریانهاي گازي در صنعت از اهمیت ویژهاي برخوردار میباشد. در بسیاري از فرآیندها، براي جذب CO2 از حلالهایی نظیر MEA استفاده میشود. استفاده از حلال موجب مصرف انرژي زیاد، بزرگتر شدن حجم تجهیزات، بازیابی حلال و خوردگی تجهیزات میگردد. براي غلبه بر این مشکلات، تکنیکهاي دیگر جداسازي از جمله جذب، غشاء و جداسازي سرمایشی1 در سالهاي اخیر پیشنهاد شده است.فرآیند جذب به دلیل مصرف انرژي کمتر، قیمت پایینتر و کارکرد راحتتر در محدوده وسیعی از دما و فشار، به نسبت دیگر روشهاي جذب توجه بیشتري را به خود جلب کرده است3]و.[4
از جمله جاذبهاي پرکاربرد در صنعت، غربالهاي ملکولی2 میباشد. غربالهاي ملکولی نظیر MCM-41 و SBA-15 با ساختار حفرهاي یکنواخت، سطح تماسی زیاد، حجم حفرات بالا و با اندازه حفرات در محدوده نانو - 2-50 nm - براي جداسازي ملکولهایی نظیر CO2 مناسب میباشند. اخیراً جاذبهاي عاملدار شده با گروههاي آمینی براي جذب CO2مورد توجه بسیاري از محققین قرار گرفتهاند.[2] این جاذبها نوعی از جاذبهاي با ظرفیت جذب بالا و انتخاب پذیري مطلوب هستند که تحت عنوان سبدهاي ملکولی3 شناخته شدهاند. ضمنا این مواد به دلیل ساختار تشکیل دهندهشان به عنوان جاذب کامپوزیتی هم دسته بندي میشوند. استفاده از این جاذبهاي کامپوزیتی به دلیل استفاده همزمان از خواص غربال ملکولی و پلیمر میتواند جالب توجه باشد. از این رو در این تحقیق بر روي جاذبهاي سبد ملکولی - کامپوزیتی - وتأثیر پارامترهاي مختلف بر عملکرد این نوع جاذبها، مطالعاتی صورت گرفته است.
-2 جاذبهاي سبد ملکولی - کامپوزیتی -
جزییات روش استفاده از سبد ملکولی در سالهاي اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در جاذب سبد ملکولی، یک پلیمر با دانسیته بالا از گروههاي آمینی مثل پلیاتیلن ایمین - PEI - 4 در کانالهاي جاذب یا غربال ملکولی مزوپور5 جا داده میشودPEI .[1] یکی ازپلیمرهایی است که به دلیل تمایل به ملکولهاي گازي به ویژه CO2 مورد توجه میباشد. پایه جاذب سبد ملکولی میتواند شامل مواد جاذب یا غربالهاي ملکولی متفاوتی باشد. جاذبهاي سبد ملکولی عملکرد متفاوتی را در فرآیند جذب در مقایسه با دیگر جاذبها و غربالهاي ملکولی از حود نشان میدهند. غربالهاي ملکولی کربنی6 از طریق اندازه حفرات و بر اساس جذب فیزیکی جداسازي را انجام داده و این در حالی است که جاذب سبد ملکولی از طریق بر هم کنش شیمیایی بین سطح خود با ذرات جذب شونده، فرآیند جذب را انجام میدهند.
جاذب سبد ملکولی کربنی7 میتواند از ترکیب غربال ملکولی کربنی و پلیمري مانند PEIنیز ساخته شود.[3] همچنین جاذبهاي سبد ملکولی میتوانند بر پایه موادي نظیر کربن فعال8 ساخته شوند که در دسته سبد ملکولی کربنی قرار میگیرند. میزان جذب سبد ملکولی کربنی به تعداد و حجم میکروحفرهها بستگی دارد. در بسترهاي جذب بستر ثابت، ظرفیت جذب تعادلی و انتخاب پذیري9 از عوامل مهم در عملکرد سبد ملکولی کربنی برج جذب میباشند3]و.[4در شکل 1، نحوه قرارگیري جاذب پلیمري PEI بر روي غربال ملکولی با حفرات نانو و تشکیل جاذب سبد ملکولی نشان داده شده است. شکلگیري سبد ملکولی میتواند منجر به افزایش مکانهاي جذبی در واحد وزن جاذب و همچنین موجب بهبود در سرعت انتقال جرم در فرآیند انتقال جرم از طریق افزایش سطح مشترك PEI و گاز جذب شونده گردد.[5]در شکل 2 فرآیند تشکیل سبد ملکولی با جرئیات بیشتر نشان داده شده است. در این فرآیند پلیمري با مکانهاي فعال جهت جذب CO2 درون کانالهاي حفرات یک غربال ملکولی قرار میگیرد و جاذب سبد ملکولی را تشکیل میدهد.[6]
