كاربرد تئوري محلول جذب شده ايده آل براي بررسي جداسازي گازهاي دي اكسيد كربن/ نيتروژن بر روي كربن متخلخل دوپه شده با نيتروژن تهيه شده از نانوپلي انيلين

Application of Ideal Adsorption Solution Theory (IAST) for Investigation of Separation of Carbon Dioxide / Nitrogen Gases on Nitrogen-doped Porous Carbon Synthesized from Nano-polyaniline

در اين مطالعه كربن متخلخل دوپه شده با نيتروژن با استفاده از پليمر پلي آنيلين به عنوان پيش ساز و عامل فعالساز KOH در دماي فعالسازي °C 800 سنتز شد. ساختار پليمر و جاذب سنتز شده به وسيله‌ي ميكروسكوپ نيروي اتمي، آناليز جذب-واجذب نيتروژن، طيف‌سنجي مادون‌قرمز و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد ارزيابي قرار گرفت. جذب سطحي هر يك از گازهاي CO2 و N2 به صورت جداگانه بر روي جاذب بررسي شده و نتايج حاصل با ايزوترم سيپس مورد برازش قرار گرفت. سطح ويژه جاذب سنتز شده m2/g 723 و ميزان جذب CO2 در شرايط فشار 1بار و دماي K 298 مقدار mmol/g 1/90 بوده است. گزينش‌پذيري CO2 نسبت به N2 (CO2/N2) با استفاده از تئوري محلول جذب شده ايده آل و بر روي كربن فعال دوپه شده در شرايط فشار 1بار، دماي K 298 و تركيب درصد CO2: N2= 50:50 مقدار 3/02 به دست آمده است. با استفاده از رابطه كلازيوس-كلاپيرون گرماي ايزواستريك محاسبه شد و نتايج ‌بدست آمده گرمازا بودن و نيز جذب فيزيكي فرايند جذب سطحي گازها را تأييد مي‌كند. همچنين مقادير بيشتر گرماي جذب براي گاز CO2، برهم‌كنش قوي‌تر ميان مولكول‌هاي آن با سطح جاذب دوپه شده با نيتروژن را نشان مي دهد. نتايج حاصل از ميزان جذب گاز و نيز گرماي جذب نشان داد كه جاذب سنتز شده مي تواند به عنوان جاذبي مطلوب در فرايندهاي سيكلي مانند فرايند PSA كاربرد داشته باشد.

In this study, nitrogen-doped porous carbon was prepared using a nitrogen containing polymer (polyaniline) as a precursor with KOH activation at activation temperature of 800°C. The porous structure of polyaniline and synthesized adsorbent were analyzed with atomic force microscopy (AFM), N2 adsorption-desorption isotherm, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The adsorption of CO2 and N2 by nitrogen-doped porous carbon were measured and correlated Sips model. The BET surface area and CO2 adsorption of prepared adsorbent (at 298K and 1ba) was achieved 723 m2/g and 1.90 mmol/g, respectively. The selectivity of CO2 over N2 (CO2: N2 =50: 50, 298 K, 1 bar), predicted by the ideal adsorbed solution theory (IAST) model, was achieved 3.02. The isostrict heat of adsorption was calculated by using Clausius-Clapiron equation and the results confirmed the exothermic nature of adsorption for both gases. Also, the higher value of heat of adsorption CO2 than N2, showed the stronger interaction between CO2 molecules with the nitrogen-doped porous carbon surface. Results obtained from gas adsorption and heat of adsorption proved the suitability of nitrogen-doped carbon in cyclic processes such as the PSA process.