پديد آورندگان :
كاكايي، حجت اله دانشگاه علوم پزشكي ايلام - دانشكده بهداشت - گروه مهندسي بهداشت حرفه اي، ايلام , بيگزاده، مجتبي پژوهشگاه مواد و انرژي كرج - پژوهشكده انرژي - گروه انرژي، كرج , گلبابايي، فريده دانشگاه علوم پزشكي تهران - دانشكده بهداشت - گروه مهندسي بهداشت حرفه اي، تهران , گنجعلي، محمدرضا دانشگاه تهران - دانشكده شيمي - مركز عالي الكتروشيمي، تهران , جهانگيري، مهدي دانشگاه تهران - دانشكده شيمي - مركز عالي الكتروشيمي، تهران , شاه طاهري، جمالدين دانشگاه علوم پزشكي تهران - دانشكده بهداشت - گروه مهندسي بهداشت حرفه اي، تهران
كليدواژه :
كامپوزيت , AC/MOF-5 , زمان عبور , جذب سطحي , Zn-BDC , سولفيد هيدروژن
چكيده فارسي :
مقدمه: سولفيد هيدروژن يكي از مهمترين ناخالصي هاي موجود در گاز طبيعي است. با توجه به اين واقعيت كه اين گاز بسيار خطرناك، سمي، خورنده و آتش زا مي باشد، لذا حذف سولفيد هيدروژن به روش هاي مختلفي مورد مطالعه قرار گرفته است كه يكي از شناخته شده ترين آنها روش جذب سطحي مي باشد. در مطالعه حاضر از كربن فعال و كامپوزيت كربن فعال داربست آلي-فلزي
(MOF-5) جهت حذف سولفيد هيدروژن از هواي تنفسي به روش جذب سطحي استفاده شد.
روش كار: ابتدا كربن فعال (AC) توسط آسياب گلوله اي تبديل به پودر گرديد و كامپوزيت AC/MOF-5 بر پايه كربن با مقادير10، 25 و 40 درصد وزني از داربست آلي فلزي MOF-5 سنتز شد. سپس بررسي ميزان جذب و زمان عبور آلاينده در دما، رطوبت و غلظت هاي مختلف با استفاده از سيستم شبيه ساز دستگاه تنفسي انسان طراحي شده مورد آزمايش قرار گرفت. براي تعيين ويژگي جاذب هاي كامپوزيتي تهيه شده از روش هاي دستگاهي XRD، SEM و BET استفاده گرديد.براي سنجش ميزان دقيق گاز سولفيد هيدروژن از سنسور اختصاصي دستگاه قرائت مستقيم aeroqual S500 با دقت ppm 0/01 براي گاز سولفيد هيدروژن استفاده شد.
يافته ها: كامپوزيت AC/MOF-5 نسبت به ساير جاذب ها ميزان جذب و زمان عبور آلاينده بالاتري را نشان داد. سطح ويژه (BET) براي اين نمونه 814m2/g ، متوسط قطر حفره ها 1/6795 نانومتر و حجم كل حفرات برابر 0/342cm3/g بدست آمد. نمودار ايزوترم نشان داد كه بر اساس تقسيم بندي اتحاديه جهاني شيمي محض و كاربردي ( IUPAC ) بيشتر اندازه حفرات اين جاذب در دسته ميكرو متخلخل قرار گرفت. بيشترين ميزان جذب (ميلي گرم بر گرم جاذب) و زمان عبور آلاينده (دقيقه) مربوط به جاذب (% .AC/MOF-5(40 Wt با
60/41 (1/08=SD) ميلي گرم بر گرم جاذب و 56/26 (2/38=SD) دقيقه در دماي 15 درجه سانتي گراد، غلظت
(ppm 9.88 (SD = 0.70 ، رطوبت 51/06 (0/15=SD) و افت فشار 51/34 ميلي متر آب بود. با افزودن بيش از 25 درصد وزني از داربست آلي-فلزي MOF-5 به كربن فعال مقدار جذب و زمان عبور آلاينده افزايش يافت، اگرچه افت فشار آن نيز بيشتر گرديد.
نتيجه گيري: نتايج نشان داد كه جاذب كامپوزيتي AC/MOF-5 ، باتوجه به ساختار متخلخل، سطح ويژه بالا، و از همه مهمتر داشتن گروه هاي Zn-O-C، باعث افزايش ميزان جذب و همچنين زمان عبور آلاينده شد. با اين حال افت فشار نسبتا بالاتري را نسبت به كربن فعال تجاري (AC)نشان داد.
چكيده لاتين :
Introduction: Hydrogen sulfide is one of the most important impurities in natural gas. Due to the fact that this gas is hazardous, toxic, corrosive and volatile, therefore, the removal of hydrogen sulfide has been studied using several methods. One of the most known procedures is the adsorption process. In the present study, activated carbon and activated carbon-based composite scaffolds (MOF-5) were used as a cartridge mask to remove hydrogen sulfide from respiratory air.
Methods and Materials: First, activated carbon (AC) was converted to powder form by ball mill, and AC / MOF-5 composite with 10%, 25%, and 40% MOF-5 to AC was synthesized from the MOF-5 metal-organic scaffold. Then, the rates of adsorption and breakthrough time using a designed setup were tested in two ranges of temperatures, humidities and concentrations. XRD, SEM and BET were used to determine the properties of composite absorbents. The Aeroqual S500 Direct-reading sensor with 0.01 ppm accuracy was used to measure the exact amount of hydrogen sulfide gas.
Results: The AC/MOF-5 composite showed higher adsorption and breakthrough time compare to the other adsorbents. The Specific surface area (BET), average pore diameter, and total pore volume of the adsorbent were 814 m2 /g, 1.6795 nm, and 0.342 cm3 /g, respectively. The isotherm diagram showed that, according to IUPAC, most of the pore size of this adsorbent was classified in the micro-porous group. The maximum adsorption (mg/gS) and breakthrough time (min) were related to AC/MOF-5(40 Wt. %) adsorbent with 60.41 mg/gS (SD = 1.08) and 56.26 min (SD =2.38) at a temperature of 15 ° C, a concentration of 9.88 ppm (SD = 0.70), a moisture content of 51.06% (SD = 0.15) and a pressure drop of 51.34 mm water. By adding more than 25% MOF-5 metal-metal scaffold to activated carbon, the amount of adsorption, breakthrough time and pressure drop were increased.
Conclusion: AC / MOF-5 composite adsorbent due to its porous structure, high specific surface area, and most importantly, having Zn-O-C groups increased the adsorption rate as well as the pollutant Breakthrough time. However, it showed a relatively higher pressure drop than commercial activated carbon (AC).
