การจับยึดคาร์บอนไดออกไซด์บนมอนต์มอริลโลไนต์ดัดแปรด้วยเอมีน

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาตัวดูดซับมอนต์มอริลโลไนต์ปรับปรุงพื้นดัดแปรด้วยเอมีน(MSM)เพื่อจับยึดคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีการดูดซับ ณ ภาวะความดันบรรยากาศ ในช่วงอุณหภูมิการดูดซับ 30 ถึง 70 องศาเซลเซียส การปรับปรุงพื้นผิวมอนต์มอริลโลไนต์ด้วยสารละลายเบสช่วยเพิ่มความสามารถในการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์สูงขึ้น โดยการเพิ่มหมู่ไฮดรอกซิลบนพื้นผิวตัวดูดซับ การโหลดเอมีนบนตัวดูดซับทำโดยใช้โมโนเอทาโนลามีนเพื่อเพิ่มหมู่เข้าทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์ โดยมีปริมาณเอมีนที่โหลดบนตัวดูดซับMSM ที่ร้อยละ 30 โดยน้ำหนัก การเพิ่มปริมาณเอมีนที่มากกว่าร้อยละ 30 โดยน้ำหนักทำให้ความสามารถในการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ลดลงจากการกีดขวางของเอมีนที่มากเกินพอต่อการเข้าทำปฏิกิริยาระหว่างเอมีนกับคาร์บอนไดออกไซด์ ตัวดูดซับMSMที่มีปริมาณโหลดของเอมีนที่ร้อยละ 30 โดยน้ำหนัก(MSM_30) สามารถดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ได้ในช่วงความเข้มข้นเริ่มต้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในแก๊สผสมที่ระดับร้อยละ 10-100 โดยปริมาตรดุลในฮีเลียม มีความสามารถในการดูดซับสูงสุดที่ 240 มิลลิกรัมต่อกรัมตัวดูดซับ ที่อุณหภูมิดำเนินการ 30 องศาเซลเซียส ใช้คาร์บอนไดออกไซด์บริสุทธิ์ ที่อัตราส่วนน้ำหนักตัวดูดซับต่ออัตราการไหลของแก๊สขาเข้าที่ 1.8 กรัม∙วินาทีต่อลูกบาศก์เซนติเมตร การเพิ่มไอน้ำในแก๊สผสมขาเข้าช่วยเพิ่มความสามารถในการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยปฏิกิริยาการสร้างไบคาร์บอเนต พฤติกรรมการดูดซับสามารถอธิบายจากแบบจำลองจลนศาสตร์อาฟรามี(Avrami's equation) อธิบายถึงการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์บนตัวดูดซับ MSM_30 เป็นแบบการดูดซับที่มีความซับซ้อน คือเกิดการดูดซับทางกายภาพร่วมกับการดูดซับทางเคมี ข้อมูลจากการทดลองเข้ากันได้กับแบบจำลองไอโซเทิร์มทอท(Toth isotherm) โดยการดูดซับเกิดขึ้นบนความไม่เป็นเนื้อเดียวกันบนพื้นผิวตัวดูดซับ อันเนื่องมาจากการปรับปรุงพื้นผิวด้วยสองหมู่ฟังก์ชัน จากการศึกษาอุณหพลศาสตร์พบว่า การดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์บนตัวดูดซับ MSM_30 สามารถเกิดขึ้นเองได้ เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน และเกิดขึ้นได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ