مقاله مدل سازی ترمودینامیکی جذب CO2 بر روی مایع یونی [hmim][Tf2N] با استفاده از معادله حالت PHSC

word قابل ویرایش
9 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
8700 تومان

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

مدل سازی ترمودینامیکی جذب CO2 بر روی مایع یونی [hmim][Tf2N] با استفاده از معادله حالت PHSC

چکیده

تولید انرژی و همینطور حفظ طبیعت از مهم ترین مسائل مورد مطالعه در قرون اخیر می باشد. %۸۰ انرژی مورد نیاز بشر از سوزاندن سوخت های فسیلی تأمین می شود. تحقیقات نشان می دهد که استفاده از این سوخت ها که منبع اصلی تولید گاز دی اکسید کربن نیز می باشد تا سال های آتی نیز ادامه دارد.دی اکسید کربن تولید شده از این سوخت ها اصلی ترین گاز گلخانه ای است که افزایش مقدار آن منجر به گرم شدن روزافزون زمین میشود. از این رو به نظر می رسد یافتن روشی مناسب برای جذب و ذخیره سازی دی اکسید کربن امری ضروری است. امروزه مایعات یونی که تحت عنوان حلال های سبز معرفی می شوند به دلیل خواص منحصر ب فردی که دارند بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از جمله مهم ترین خصوصیات این ترکیبات، می توان به فراریت بسیار کم نسبت به حلال های آلی فرار مورد استفاده در صنعت اشاره کرد. پاک بودن و حلالیت بالای گاز دی اکسید کربن در این ترکیبات عاملی برای استفاده از مایعات یونی به عنوان جاذب، برای جذب گاز دی اکسید کربن میباشد. در این مقاله جذب CO2 را بر روی مایع یونی [hmim][Tf2N] در چهار دمای مختلف ۲۸۲، ۲۹۷/۳، ۳۲۳ و ۳۴۸/۵ کلوین توسط معادله حالت اختلال یافته زنجیره کره سخت (PHSC EOS)

مدل سازی کرده ایم.

واژههای کلیدی: دی اکسید کربن، جذب، مایعات یونی، معادله حالت

-۱ مقدمه

در سال های اخیر، CO2 به عنوان یکی از اصلی ترین گازهای گلخانه ای و همچنین یکی از عوامل اصلی تغییرات آب و هوا در مرکز توجه قرار گرفته است.سوزاندن سوخت های فسیلی ( گاز CO2 ذخیره شده از میلیون ها سال قبل را آزاد می کند)، قطع درختان جنگلی (موجب آزاد شدن دی اکسید کربن ذخیره شده در آن می شود) و فعالیت های بشر ( در فرآیند های شیمیایی) افزایش دی اکسید کربن موجود در جو را نتیجه می دهد.تحقیقات نشان می دهد که ارتباط غیر قابل انکاری بین افزایش دمای زمین و غلظت CO2 وجود دارد که این تغییر آب و هوا تهدیدی جدی برای سلامت و امنیت بشر محسوب می شود.از این رو دنیای امروز به دنبال راهکاری برای حل این مشکل می باشد. نیاز ضروری برای کاهش انتشار دی اکسید کربن در کوتاه مدت احساس می شود. راه کارهایی طبیعی برای رسیدن به این هدف وجود دارد که می توان به چند مورد اشاره کرد :[۱]

• کاهش انتشار CO2 به وسیله پیشرفت های تکنیکی و محدودیت های قانونی

• انبار فیزیکی و شیمیایی گاز

• تبدیل دی اکسید کربن به محصولات مفید

اما نکته کلیدی پیدا کردن راهکاری است که در تضاد با رشد اقتصادی، امنیت ملی و استانداردهای زندگی نباشد.در راستای رسیدن به این هدف روش های متعددی برای جذب و دخیره سازی دی اکسید کربن وجود دارد که ما در این جا به استفاده از مایع یونی تحت عنوان حلال سبز به عنوان جاذب اشاره میکنیم.

مایع یونی اصطلاحی است که عموما برای نمک هایی که مایعات پایداری را تشکیل می دهند استفاده می شود.عنوان های گوناگون دیگری مثل الکترولیت های مایع، سیالات یونی، نمک های مایع و غیره نیز برای نامیدن مایعات یونی استفاده می شود. نمک های آلی که در دمای زیر ۱۰۰ درجه سانتی گراد به صورت مایع باشند را در این گروه قرار میدهند. ساختار مایعات یونی اغلب از یک کاتیون آلی غیر متقارن و بزرگ ( آمونیوم ،ایمیدازولیوم و یون پیریدینیوم) که با آنیونی متقارن تر از سایز کوچکتر ( ( [Cl]- , [Br]-, [I]- ,[BF 4]- ,[PF6-] ,[Tf2N]- ترکیب می شوند، تشکیل می شود.علی رغم بار قوی مایعات یونی،عدم تقارن این ترکیبات باعث می شود که ما آن ها را در دماهای پایین به صورت جامد نبینم و آن ها را به صورت مایعات پایدار داشته باشیم و این دلیلی است که این ترکیبات در دمای پایین مایع می مانند.خواص کلیدی مایعات یونی آن ها را برای کاربردهای مختلف دارای اهمیت می کند.فراریت کم،پایداری گرمایی و الکتریکی، هدایت یونی بالا، مایع بودن در گستره دمایی زیاد و حلالیت از جمله خواص مایعات یونی است که آن را از سایر حلال های آلی متمایز می کند.

یکی از کاربردهای وسیع مایعات یونی جداسازی و جذب گاز دی اکسید کربن می باشد.تحقیقات نشان می دهد که جذب و جداسازی گاز CO2 از این جهت که حلالیت بیشتری نسبت سایر گازها در این دسته از مایعات دارد امری تضمین شده است. تغییرات دمایی و ساختار کاتیون و آنیون تشکیل دهنده مایع یونی از مهم ترین عوامل تأثیر گذار بر جذب دی اکسید کربن می باشد. بدین صورت که با تغییر کاتیون یا آنیون ترکیب باید انتظار جذب متفاوتی از مایع یونی داشت. همین طور در دماهای بالا میزان جذب به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش خواهد یافت.[۲]در این مقاله میزان جذب دی اکسید کربن روی مایع یونی [hmim][Tf2N] را در ۴ دمای مختلف ۲۸۲، ۲۹۷/۳، ۳۲۳ و ۳۴۸/۵ کلوین توسط معادله حالت اختلال یافته زنجیره کره سخت و کمک گرفتن از قانون تعادل فازها، که در آن شرط برابری پتانسیل های شیمیایی اجزا باید ارضا شود، به دست می آوریم.این معادله از سه پارامتر تشکیل شده که بر مبنای واحد سازنده پلیمر بوده و با بهینه سازی با استفاده از داده های PVT بدست می آید.در ادامه با مقایسه نمودارهای تجربی و نظری بدست

آمده مشاهده خواهیم کرد که معادله حالت اختلال یافته زنجیره کره سخت به خوبی میزان جذب دی اکسید کربن را پیش بینی می کند.

-۲ روش تحقیق

معادله حالت اختلال یافته زنجیره کره سخت به صورت زیر تعریف می شود که از دو ترم زنجیره های کره سخت [۳] و
ترم اغتشاش [۴] تشکیل شده است.

در رابطه بالا T دمای مطلق، P فشار، ρ = VN دانسیته عددی، kB ثابت بولتزمن، d+ قطر کره سخت و g(d+) تابع توزیع شعاعی جفت کره های سخت در تماس با هم می باشند. سه پارامتر بر مبنای واحد سازنده پلیمر در معادله (۱) ظاهر شده است که عبارت اند از: r تعداد واحدهای سازنده مولکول، a نیروهای جاذبه بین واحدهای سازنده غیرپیوندی و b معادل حجم کنار گذاشته واندروالسی می باشد. پارامترهای a و b تابع دما هستند و برای محاسبه آن ها از روابط زیر استفاده می شود :[۵]

در روابط بالا، عمق چاه انرژی پتانسیل جفتی می باشد و فاصله بین مراکز این جفت واحد سازنده، در جایی که انرژی
پتانسیل معادل می باشد، است. Fa و Fb توابع کلی از دمایσکاهش یافته هستند که سانگ و همکارانش در سال ۱۹۹۶ با
استفاده از خصوصیات ترمودینامیکی و مولکول های کروی مانند آرگون و متان، تخمینی از مقادیر آن را ارائه دادند :[۶]

گسترش معادله (۱) برای حالت مخلوط آن را به رابطه زیر تبدیل می کند :[۴]

که در آن xi=Ni⁄N کسر مولی جز i، ri تعداد کره های سخت جز i ، gij(dij+) تابع توزیع شعاعی جفت ij مخلوط کره های سخت در تماس با هم می باشند.مقدار gij(dij+) توسط بوبلیک و منصوری و همکارانش ارائه شده است:

کسرانباشتگی ماده خالص _(دانیسته کاهش یافته)و کسرانباشتگی مخلوط میباشد وبه صورت زیر تعریف میشود:

دوپارامتر برای مخلوط به شکل معادله های زیر در می آید.

Kij در رابطه بالا پارامتر بر هم کنش دوتایی و یک پارامتر قابل تنظیم است که برای هر جفت از اجزا در مخلوط و با استفاده از روش های بهینه سازی محاسبه می شود
اگر در رابطه های بالا به جای مبنای تعداد مولکولی از مبنای تعداد بخش استفاده کنیم رابطه های ما به روابطی بر مبنای کسر حجمی تبدیل می شوند :[۴]

در حالت تعادل سیستم های چند جزئی پتانسیل شیمیایی هر جز باید در تمام فازها برابر باشد. به عبارت دیگر شرط تعادلی سیستم برابری پتانسیل شیمیایی در تمام فازها است
رابطه مناسب برای پتانسیل شیمیایی از مشتق گیری انرژی آزاد هلمهولتز به دست می آید:

انرژی آزاد هلمهولتز بصورت زیر بیان می شود:

جایگزینی معادله (۱۴) در رابطه (۱۹) انرژی هلمهولتز برای مخلوط را به صورت زیر نتیجه می دهد:

به صورت زیر حساب می شوند: ثوابت انتگرال گیری موجود در روابط (۲۱) و (۲۲)

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 9 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد