بخشی از مقاله
خلاصه
خودروها یکی از منابع عمده انتشار ترکیبات آلی فرار به شمار میآیند. جذب ترکیبات فرار به وسیله کربن فعال یکی از روشهای کارآمد و اقتصادی میباشد. در این پژوهش با استفاده از پوست گردو و به کمک روش فعالسازی شیمیایی با اسیدفسفریک و کلریدروی، کربنهای فعالی با ظرفیت جذب و ظرفیت واجذب بالای بخارات بنزین تهیه شده است. در این تحقیق آزمایشهای ساخت کربن فعال به روش یک عامل در هر بار طراحی شده و تاثیر پارامترهای عملیاتی نسبت اختلاط و دمای فعالسازی بر میزان ظرفیت جذب و واجذب بخارات بنزین بررسی شده است.
نتایج بدست آمده حاکی از آن است که کربنهای تهیه شده با کلریدروی ظرفیت جذب و واجذب بالاتری نسبت به کربنهای فعال شده با اسید فسفریک دارند. تحت شرایط عملیاتی بهینه کربن فعال سنتز شده با کلریدروی دارای سطح ویژه و حجم حفرات به ترتیب 1430m2/g و 0/88 cm3/g میباشد. بیشینه ظرفیت جذب در شرایط بهینه برای نمونههای ساخته شده با اسیدفسفریک و کلرید روی به ترتیب برابر با 63/84 - g/100g - و 85/60 - g/100g - میباشد.
.1 مقدمه
بخش عمدهای از آلودگی هوا ناشی از ترکیبات آلی فرار موسوم به VOC میباشد. این ترکیبات دربرگیرنده طیف وسیعی از هیدروکربنها هستند که از منابع مختلف متصاعد میگردند. به طور کلی VOC به ترکیبات کربندار به جز CO، CO2، CH4، CFCs و هیدروکربنهای با فشار کم - <0/1 mmHg - اطلاق میشود. بنزین به عنوان یکی از مهم-ترین برشهای نفتی جهت سوخت وسایل نقلیه، از منابع عمده تولید VOC، محسوب میشود که حاوی هیدروکربنهای C4-C10 میباشد.
بخارات فرار بنزین علاوه بر مشکلات زیست محیطی، با افزایش هزینههای درمان خانوارها، باعث اثرات سوء دو چندان بر محیط زیست انسانی میگردند. منابع مختلف تلفات تبخیری بنزین عبارتند از: فرآیندهای پالایش، مخازن پالایشگاهی و پخش، سیستم حمل و نقل بنزین، جایگاههای توزیع بنزین و خودرو و وسایل بنزین سوز. تحقیقات نشان میدهد که خودرو و وسایل بنزینسوز بیشترین سهم را در تلفات تبخیری بنزین بر عهده دارد. [1]
بنزین موجود در باک خودرو به واسطه ماهیت طبیعی آن تبخیر شده و در صورت ارتباط با هوای آزاد در آن منتشر میشود. انتشار بخار بنزین در هوا علاوه بر ایجاد آلودگی محیط زیست، شرایط انفجار را در اطراف خودرو ایجاد میکند. جهت رفع این مشکل، وجود سیستمی با قابلیت جذب و بازیافت بخار بنزین ضروری است. در خودروها این فرآیند توسط کنیستر یا بخارگیر بنزین صورت میپذیرد. کنیستر با جمع آوری بخارهای بنزین از باک خودرو و جذب آن در لایههای کربن فعال و سپس ارسال آن برای سوختن در موتور، سبب می شود ضمن جلوگیری از ورود بخارات بنزین به هوا و آلودگی محیط زیست، مصرف سوخت بهینه شده و هزینه های تامین سوخت کاهش یابد.
این درحالیست که کنیستر قابلیت جذب و بازپس دادن مکرر بخارات را در هنگام کارکرد خودرو خواهد داشت.[3-1] برای کاهش تلفات تبخیری بنزین در خودروها استفاده از کربن فعال از سال 1975 آغاز شده و هم اکنون بطور گسترده بعنوان یک روش کاربردی در صنایع خودروسازی مورد استفاده قرار میگیرد.[4] در حالت کلی کربن فعال یک جامد آمورف بوده و مادهای میکروکریستال و شبه گرافیت است که منافذ زیادی درون خود دارد. کربن فعال به دلیل ویژگیهای خاص و همچنین قیمت پائین در مقایسه با جاذبهای غیرآلی مانند زئولیت از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. به طور کلی، کربن فعال به دلیل مساحت گسترده، ساختار منفذی، ظرفیت جذب بالا و قابلیت فعالسازی مجدد سطح، یک ماده منحصر به فرد میباشد.
مواد قابل تبدیل به کربن فعال را میتوان به سه گروه مواد سلولزی، انواع زغال سنگها و مواد سنتزی و پلیمری تقسیم بندی کرد. مواد سلولزی شامل پسماند های کشاورزی از جمله پوست انواع آجیل نظیر پسته ، گردو، بادام ،فندق و هسته انواع میوه ها نظیر زرد آلو ، انار، زیتون، پوست نارگیل، سبوس برنج، از جمله منابع فراوان، دسترس پذیر و تجدید پذیر برای تهیه کربن های فعال به شمار می روند که ارزش اقتصادی بسیار کمی داشته و بیشترین کاربرد را در تولید کربن فعال دارند. تولید کربن فعال با استفاده از دو روش فعال سازی فیزیکی و فعال سازی شیمیایی امکان پذیر است. [6 ,5]
استفاده از جاذبها خصوصا کربن فعال برای بازیابی بخارات هیدروکربنی که آثار زیست محیطی بسیاری داشته است در سالهای اخیر توجه دانشمندان بسیاری را به خود جلب کرده است. در جدول 1 تعدادی از پژوهشهای انجام شده در زمینه سنتز کربن فعال جهت حذف ترکیبات آلی فرار ارائه شده است در این مقاله کربن فعال با استفاده از پوست گردو به روش فعال سازی شیمایی با عوامل اسید فسفریک و کلرید روی سنتز شده است، سپس میزان جذب و واجذب بخارات بنزین بر روی نمونههای سنتز شده با کمک سامانه آزمایشگاهی طراحی شده به همین منظور اندازهگیری شده است. با بررسی پارامترهای موثر بر سنتز کربن فعال شامل نسبت اختلاط و دمای فعالسازی در هر دو عامل فعال ساز، مقادیر بهینه این پارامترها برای رسیدن به بیشینه ظرفیت جذب و واجذب بدست آمده است.
.2 مواد و روشها
با توجه به وفور ضایعات پوست گردو در کشور و صرفه اقتصادی حاصل از تبدیل پوست گردوی ارزان قیمت و در دسترس به مادهی پر کاربرد و با ارزش کربن فعال، در این پژوهش از پوست گردو به عنوان ماده اولیه استفاده شد. همچنین عوامل فعال ساز مورد استفاده، اسید فسفریک %85 محصول شرکت Merck و کلرید روی محصول شرکت Sigma Aldrich با خلوص %98 میباشد. تاثیر پارامترهای نسبت اختلاط و دمای فعالسازی به روش یک عامل در هر بار بر روی میزان ظرفیت جذب و ظرفیت واجذب بخارات بنزین بررسی شده است.
.3 ساخت کربن فعال
در ابتدا پوست گردو جهت یکسان سازی و جلوگیری از گستردگی توزیع اندازه ذرات با استفاده از الک با مشهای 7 و 12 دانه بندی میشود. سپس جهت از بین بردن املاح معدنی موجود در سطح آن با آب مقطر شسته شده و جهت خشک شدن به مدت 6 ساعت در آون با دمای 110œC قرار میگیرد. پس از اختلاط پوست گردو با عامل فعالساز با نسبت اختلاط معین که طبق تعریف برابر است با نسبت وزن عامل فعالساز به وزن ماده سلولزی، مخلوط حاصله به مدت 6 ساعت در دمای 80 œC بر روی گرمکن همزندار قرار گرفته و حرارتدهی تا خشک شدن کامل مخلوط ادامه مییابد. فرآیند کربونیزاسیون در یک راکتور لولهای از جنس فولاد ضد زنگ A321 با قطر اسمی 2 اینچ با طول 1/5 متر و یک کوره لولهای افقی تحت جو بیاثر نیتروژن انجام شده است.
از آنجایی که سرعت حرارتدهی در مقایسه با سایر پارامترهای روش شیمیایی اثر ناچیزی دارد، در تمامی آزمایشها سرعت حرارتدهی ثابت و برابر با 5œC/min تنظیم شده است. پس از تولید کربن فعال، مرحله شسست و شوی کربن فعال انجام گرفته است. انجام عملیات شستوشو با آب مقطر به دو دلیل الزامی است: اولا وجود ناخالصی مواد شیمیایی و باقیمانده عامل فعالساز در کربن فعال تولیدی باعث پر شدن حفرههای کربن و کاهش سطح فعال آن میشود. ثانیا در کاربردهای صنعتی در حجم بالا، با بازیابی این مواد میتوان آنها را مجددا در فرآیند تولید استفاده کرد.
