پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
فصلنامه علمی - پژوهشی

ارزیابی عملکرد نانو سیال هیبریدی نانو اکسید آهن و نانو ورق گرافن جهت حذف دی اکسید کربن از هوا بوسیله شوینده ونتوری

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

شاداب شهسواری 1
علی اکبر جمشیدی 2
عباس کاظمی 3
فریبرز عزیزی نژاد 4
فرهنگ فرهمند قوی 5

1 عضو هیت علمی دانشگاه آزاد اسلامی ورامین پیشوا

2 دانشجوی دکترای مهندسی شیمی ورامین پیشوا

3 عضو هیأت علمی پژوهشگاه صنعت نفت تهران

4 عضو هیأت علمی گروه شیمی دانشگاه آزاد اسلامی ورامین- پیشوا تهران

5 عضو هیت علمی مهندسی شیمی دانشگاه آزاد اسلامی ورامین - پیشوا تهران

چکیده
چکیده

موضوع تحقیق: احتراق سوختهای فسیلی جهت تامین انرژی، مقدار زیادی دی اکسید کربن تولید می نماید. انتشار گاز دی اکسید کربن منجر به افزایش دمای زمین و بروز بلایای طبیعی زیادی از جمله سیل، طوفان، افزایش سطح آب دریاها و خشکسالی گسترده شده که سیستم های اکولوژیکی و حیات انسان را تهدید می کند. بنابراین جذب و حذف دی اکسید کربن از منابع یا محیط، نقش کلیدی در مقابله با تهدید گرمایش جهانی دارد.

روش تحقیق: در این مطالعه جهت حذف گاز کربن دی اکسید از جریان هوا از یک دستگاه شوینده ونتوری در مقیاس نیمه صنعتی استفاده شده است. نتایج حاصل از تاثیر پارامتر های متفاوت از جمله دبی هوای ورودی بر شوینده ونتوری، دبی حلال، میزان هدر رفت حلال در فرآیند شستشو، جذب کربن دی اکسید به کمک حلال نانوسیال آب/ اکسید آهن- نانو ورقه­های گرافن در حضور ماده فعال سطحی تترا متیل آمونیوم هیدروکسید( TMAH) مورد بررسی قرار گرفته است.

نتایج اصلی: ماده فعال سطحی TMAH مانع از بهم چسبیدن نانو ذرات در سیال پایه و موجب پایداری آنها می­گردد. مقدار بیشینه بازده جذب و شار مولی انتقال جرم گاز دی اکسید کربن توسط نانو ذرات اکسید آهن و نیز نانو ورقه های گرافن برای مخلوط نانو ذرات اکسید آهن (25%) و نانوگرافن (75%) در حضور ماده فعال سطحی TMAH نسبت به حالت های دیگر به دلیل ماهیت آنها بیشتر است زیرا نانو ذرات اکسید آهن سبب همزدگی بهتر و در نتیجه افزایش جابه جایی نانو ورقه های گرافن می شوند. حرکت های کاتوره ای براونی نانو ذرات موجب گردابه های میکرونی شده که باعث افزایش انتقال جرم در سطح گاز - مایع می­شود. همچنین مقدار شار مولی و بازده جذب گاز دی اکسید کربن با افزایش غلظت نانوذرات به دلیل به افزایش قابل توجه ویسکوزیته نانوسیال کاهش می یابد.

کلمات کلیدی: نانوسیال هیبریدی؛ شوینده ونتوری؛ جذب گاز؛ نانوذرات اکسید آهن؛ نانو ورقه های گرافن

کلیدواژه‌ها

نانوسیال هیبریدی
شوینده ونتوری
جذب گاز
نانوذرات اکسید آهن
نانو ورقه های گرافن

موضوعات

عنوان مقاله English

Performance assessment of the hybrid nanofluid mixture of iron oxide nanoparticles and graphene nanosheets in the elimination of CO2 from the air, using a venturi scrubber

نویسندگان English

Shadab Shahsavari 1
aliakbar jamshidi 2
abbas kazemi 3
fariborz azizinezhad 4
farhang farahmand ghavi 5
1 Faculty member of Islamic Azad University of Varamin Pishva
2 PhD student in Chemical Engineering Varamin Pishva
3 Faculty member of Tehran Oil Industry Research Institute
4 Faculty member of the Department of Chemistry, Islamic Azad University of Varamin - Pishva, Tehran
5 Member of Chemical Engineering Faculty of Islamic Azad University of Varamin - Pishva Tehran
چکیده English

Abstract

Research subject: The combustion of fossil fuels to supply energy produces large amounts of carbon dioxide. Carbon dioxide emissions have led to rising global temperature and many natural disasters, including floods, hurricanes, rising sea levels, and widespread droughts, that threaten ecological systems and human life. Therefore, the uptake and removal of carbon dioxide from sources or the environment play a key role in countering the threat of global warming.

Research approach: In this study, a venturi scrubber was utilized to eliminate CO2 from the air stream on a semi-industrial scale. The effects of different parameters including inlet air flow rate to the venturi scrubber, solvent flow rate, and solvent loss during the scrubbing process were investigated on CO2 absorption by a nanofluid solvent containing iron oxide/water at the presence of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) as a surface-active material.

Main results: The surface-active material of TMAH prevents the agglomeration of nanoparticles in the base fluid and stabilizes the fluid. The maximum efficiency of absorption and the highest molar flux of CO2 were achieved when iron oxide nanoparticles were used along with graphene nanosheets with the ratios of iron oxide nanoparticles (25%) and graphene nanosheets (75%) at the presence of TMAH surface-active material due to their nature. The reason is the better agitation (of the solution) by iron oxide nanoparticles that results in an increased displacement of graphene nanosheets. The random Brownian movements of nanoparticles create micron size eddies that increase mass transfer at the gas-liquid interface. In addition, molar flux and CO2 gas absorption efficiency decreased by increasing the concentration of nanoparticles.

Keywords: Hybrid nanofluid; Venturi scrubber; Gas absorption; Iron oxide nanoparticles; Graphene nanosheets



کلیدواژه‌ها English

Hybrid Nanofluid
Venturi scrubber
Gas absorption
Iron oxide nanoparticles
Graphene NanoSheets
[1] Wang M., Lawal A., Stephenson P., Sidders J., And Ramshaw C., Post-Combustion CO2 Capture With Chemical Absorption: A State-Of-The-Art Review, Chemical Engineering Research And Design, 89, 1609-1624, 2011.
[2] Donaldson T.L. And Nguyen Y.N., "Carbon Dioxide Reaction Kinetics And Transport In Aqueous Amine Membranes," Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals 19, 260-266, 1980.
[3] Lucadamo G.A., Membrane-Aided Distillation For Carbon Dioxide And Hydrocarbon Separation, ed: Google Patents, 1986.
[4] Bae Y.S. And Snurr R.Q., Development And Evaluation Of Porous Materials For Carbon Dioxide Separation And Capture, Angewandte Chemie International Edition, 50, 11586-11596, 2011.
[5] Aaron D. And Tsouris C., Separation Of CO2 From Flue Gas: A Review, Separation Science And Technology, 40, 321-348, 2005.
[6] Hikita H., Asai S., And Takatsuka T., Absorption Of Carbon Dioxide Into Aqueous Sodium Hydroxide And Sodium Carbonate-Bicarbonate Solutions, The Chemical Engineering Journal, 11, 131-141, 1976.
[7] Breeuwsma A. And Lyklema J., Physical And Chemical Adsorption Of Ions In The Electrical Double Layer On Hematite (α-Fe2O3), Journal Of Colloid And Interface Science, 43, 437-448, 1973.
[8] Savage D. And Kim C., Chemical Kinetics Of Carbon Dioxide Reactions With Diethanolamine And Diisopropanolamine In Aqueous Solutions, AIChE Journal, 31, 296-301, 1985.
[9] Mi T. And Yu X., Dust Removal And Desulphurization In A Novel Venturi Scrubber, Chemical Engineering And Processing: Process Intensification, 62, 159-167, 2012.
[10] Adelberg M., Breakup Rate And Penetration Of A Liquid Jet In A Gas Stream, AIAA Journal, 5, 1408-1415, 1967.
[11] Sharifi A. And Mohebbi A., A Combined CFD Modeling With Population Balance Equation To Predict Pressure Drop In Venturi Scrubbers, Research On Chemical Intermediates, 40, 1021-1042, 2014.
[12] Gulhane N., Landge A., Shukla D., And Kale S., Experimental Study Of Iodine Removal Efficiency In Self-Priming Venturi Scrubber, Annals Of Nuclear Energy, 78, 152-159, 2015.
[13] Karatay E., Microfluidic Studies Of Interfacial Transport: Universiteit Twente, 2013.
[14] Y. Zhou, Z. Sun, H. Gu, and Z. Miao, "Experimental research on aerosols collection performance of self-priming venturi scrubber in FCVS," Progress in Nuclear Energy, vol. 85, pp. 771-777, 2015.
[15] M. K. Karmakar, P. Chandra, and P. K. Chatterjee, "A review on the fuel gas cleaning technologies in gasification process," Journal of Environmental Chemical Engineering, vol. 3, pp. 689-702, 2015.
[16] P. G. Rutberg, V. A. Kuznetsov, V. E. Popov, A. N. Bratsev, S. D. Popov, and A. V. Surov, "Improvements of biomass gasification process by plasma technologies," in Pretreatment Techniques for Biofuels and Biorefineries, ed: Springer, 2013, pp. 261-287.
[17] Ashfaq T., Qureshi K., Shah A., Waheed K., Siddique W., Irfan N., et al., CFD Investigation Of Iodine Mass Transfer In Venturi Scrubbing Solution Of Filtered Containment Venting System, Progress In Nuclear Energy, 111, 195-204, 2019.
[18] Kim H.G., Kim H.J., Lee M.H., And Kim J.H., Experimental Study On The Enhancement Of Particle Removal Efficiency In Spray Tower Scrubber Using Electrospray, Asian Journal Of Atmospheric Environment (AJAE), 8, 2014.
[19] Cooney D.O., Modeling Venturi Scrubber Performance For H2S Removal From Oil-Shale Retort Gases, Chemical Engineering Communications, 35, 315-338, 1985.
[20] Gamisans X., Sarra M., And Lafuente F., The Role Of The Liquid Film On The Mass Transfer In Venturi-Based Scrubbers, Chemical Engineering Research And Design, 82, 372-380, 2004.

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما