Karbon dioksit adsorbanlarının tasarımı ve geliştirilmesi üzerine deneysel çalışma

Bu çalışmanın amacı, yüksek ve kararlı adsorpsiyon kapasitesine ve CO2-CH4 karışımı içinden seçimli CO2 adsorpsiyonu yapabilme yeteneğine sahip aktif karbon (AC) bazlı karbon dioksit adsorbanlarının tasarımı ve geliştirilmesidir. Bu bağlamda, ticari bir AC, Norit ROX, hava ve HNO3 ile okside edilerek sırasıyla AC8 ve AC9 adsorban setleri bu okside edilmiş AC'lerin üzerine farklı sıcaklıklarda kalsinasyonu yapılan K2CO3 empregnasyonuyla hazırlanmıştır. Adsorban örnekleri mikro-yapısal özelliklerinin ve yüzeylerindeki alkali dağılımının analiz edilmesi için SEM-EDX'le karakterize edilmiştir. AC8 adsorbanlarının yüzeyindeki K+ kümelenmeleri homojen dağılmazken, AC9 adsorbanlarının yüzeylerinde K-oluşumları homojen dağılmıştır. Adsorpsiyon/desorpsiyon ve seçimli adsorpsiyon testleri, 0-1000 mbar basınç aralığında, 50 ml/dak toplam gaz akışı altında, oda sıcaklığında, 120 °C ve 200 °C'de, saf CO2, saf CH4 ve bu iki gazın karışımları, %50 CO2-%50 CH4 ve %10CO2-%90 CH4, için yapılmıştır. AC8 adsorban seti, AC9 adsorban setinden daha yüksek adsorpsiyon/seçimli adsorpsiyon performansı göstermiştir. En yüksek CO2 adsorpsiyonu kütlece %11 ile AC8-300 örneği üzerinde oda sıcaklığında gözlenmiştir. CO2 adsorpsiyonunun tersinir, CH4 adsorpsiyonunun ise kısmen tersinmez olduğu tespit edilmiştir. Oda sıcaklığında, %50 CO2-%50 CH4 karışımı için AC8-200, 3.7 ile kütlece en yüksek CO2:CH4 adsorpsiyon seçimliliğine sahipken, %10 CO2-%90 CH4 karışımı için en yüksek adsorpsiyon seçimlilik oranı 0.59 ile AC8-250'de gözlenmiştir. AC8-200 adsorbanı 0-5000 mbar basınç aralığı için, oda sıcaklığında, 50 ml/dak saf CO2 ve saf CH4 akışı altında ve %50 CO2-%50 CH4 ve %10 CO2-%90 CH4 gaz karışımları için toplam 90 ml/dak gaz akışı altında test edilmiştir. 5000 mbar'da CO2 adsorpsiyon kapasitesi kütlece %19 olarak ölçülmüştür. Deneysel adsorpsiyon izotermlerinin Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich (D-R) modellerine uygunluğu araştırılmıştır. AC örneklerinin CO2 ve CH4 adsorpsiyon davranışını açıklamaya en uygun modelin D-R modeli olduğu saptanmıştır. Hem CO2 hem de CH4 adsorpsiyon kinetiği oda sıcaklığında psödo-birinci derece kinetik model ile açıklanabiliyorken, AC8-200 ve AC8-300 adsorbanlarının üzerinde CH4 adsorpsiyon kinetiği psödo-ikinci derece kinetik denkleme uygunluk göstermektedir.