وثيقة
Synthesis and characterization of ceramic membranes for the separation of carbon dioxide from CO2/N2 gas mixture
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2015
اللغة
الأنجليزية
الملخص الإنجليزي
One of the main concerns in the oil and gas industries is to reduce CO2 emission. Most of these industries try to reduce the CO2 emission into the atmosphere by separating it from other gas mixture using conventional techniques. However, these techniques require high capital and operational costs. In addition, polymeric and inorganic membranes are used as alternatives of the conventional methods. In fact, these membranes have low permeability as well as selectivity. Therefore, the aim of this research is to design and fabricate new membrane designs that have high permeability and high selectivity using cost-effective local materials. The preparation and characterization of new inorganic composite membranes and their supports were studied. The membrane support tubes of 23 mm in diameter and 365 mm in length were fabricated using the conventional slip casting method using inexpensive Omani ceramic natural materials like Hamra, White, Muscat, and mudar. X-Ray Diffraction (XRD) analysis technique was used in the selection of the proper material for this application. The results showed that Hamra and White clays have prominent characteristics such as high silica, high alumina, quartz and feldspars, which are suitable for the fabrication of ceramic supports with a high mechanical strength. The fabricated membrane supports tubes were further characterized using various analysis techniques such as XRD, Scanning Electron Microscopy (SEM), Thermal Gravimetric Analysis (TGA), Three Point Test and Surface Area; and Porosity Analyzer (ASAP) to find the phase identification, defects, percentage weight loss, mechanical strength and pore size distribution, respectively. From the obtained results, it was found that the Hamra support tubes were highly homogeneous and had a smooth inside surface. Wherein, these results proved that the Hamra Omani clay can successfully be used to manufacture durable membrane support tubes that can withstand high temperatures. The fau (Y-type) zeolite membrane was fabricated on the highly positively-charged (using Redifloc polymer) prioritized Hamra support surface from a prepared gel containing sodium hydroxide, sodium aluminate, water glass and deionized water, which was further subjected to microwave hydrothermal treatment (replicated). The presence of zeolite layer was investigated using XRD, SEM, and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) analyzing technique. From morphological and crystalline viewpoint, the NaY zeolite membrane was successfully fabricated with a thickness ranging from 6-10 um. The CO2 separation properties of the fabricated ceramic support and fau-zeolite membrane were studied by single and binary gas permeation of six different inlet CO2/N2 gas mixture ratios. The separation results showed that the membrane exhibits a high separation of N2 compared to CO2 and their permeances increase with pressure drop. At a permeation temperature of 18°C and a pressure drop ranging from 20 to 35 kPa, an average calculated permeability for the Hamra support tube was 3.48x10 mol/m' sec Pa for CO2 and 3.73x102 mol/m2 sec Pa for N2 and a preferred permeance for membrane for CO2 and N2 are 2.24x102 mol/m2 sec Pa and 2.49x102 mol/m- sec Pa, respectively. The high permeance results from low-cost inorganic composite membranes are promising and require further investigation.
المجموعة
URL المصدر
الملخص العربي
صنع و تحديد خصائص أغشية السيراميك لفصل غاز ثاني أكسيد الكربون (CO) من خليط غازي لثاني أكسيد الكربون والنيتروجين ( CO / N2 ) صفية سعيد سيف الحاتمي
ملخص البحث
الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO) يعتبر أحد الاهتمامات الرئيسية في صناعات النفط والغاز. معظم هذه الصناعات تحاول الحد من انبعاث CO إلى الغلاف الجوي و ذلك عن طريق فصلها عن غيرها من خليط الغازات باستخدام التقنيات التقليدية، ومع ذلك ، هذه التقنيات تتطلب رأسمال وتكاليف تشغيلية عالية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الأغشية البوليمرية و غير العضوية كبدائل للطرق التقليدية. في الحقيقة، هذه الأغشية لها نفاذية وانتقائية منخفضة، ولذلك، فإن الهدف من هذا البحث هو تصميم وتصنيع أغشية جديدة لها نفاذية و انتقائية عالية باستخدام مواد محلية منخفضة التكلفة . تم دراسة طريقة إعداد وتحديد ممات الأغشية الغير العضوية وما يدعمها، حيث يدعم الغشاء أنابيب يبلغ قطرها 23 ملم وطولها 365 ملم، والتي تم تصنيعها باستخدام الطريقة التقليدية المتبعة في صنع الفخار والمسماة بالصب الانزلاقي وذلك باستخدام مواد سيراميك طبيعية عمانية رخيصة الثمن مثل تربة الطين الأحمر، والأبيض، ومسقط، ومدر. حيث تم استخدام تقنية حيود الأشعة السينية (XRD) في اختيار المادة المناسبة لهذا التطبيق. وأظهرت النتائج أن الطين الأحمر والأبيض لديهما خصائص بارزة لأحتوائهما على كميات عالية من السيليكا، والألومينا، و الكوارتز، والفلسبار ، باعتبارها مناسبة لتصنيع أنابيب الداعم السيراميكية ذو القوة الميكانيكية العالية وتم تحديد خصائص الأنابيب الداعمة باستخدام مزيد من تقنيات التحليل المختلفة مثل تقنية حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني (SEM)، وتحليل الوزن الحراري (TGA)، كما تم استخدام اختبار النقاط الثلاث، واختبار مساحة السطح، ومحلل المسامية (ASAP) و ذلك لتحديد كلا من مستوى التبلور، والعيوب، ونسبة فقدان الوزن، والقوة الميكانيكية وتوزيع المسام، على التوالي. وأظهرت النتائج أن الأنابيب الداعمة المصنعة من الطين الأحمر كانت متجانسة للغاية، وكان السطح الداخلي لها أملس، في حين أثبتت التحاليل أن الطين الأحمر العماني يمكن أن يستخدم بنجاح في تصنيع أغشية للأنابيب الداعمة التي لها القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية. وتم تصنيع غشاء الزيوليت (من نوع ( fau ( Y ) على سطح داعم من الطين الأحمر مشحون بدرجة عالية من الشحنات الموجبة (باستخدام بوليمر Redifloc) والمصنع من جل يحتوي على هيدروكسيد الصوديوم، وألومينات الصوديوم، والماء الزجاجي، والماء منزوع الأيونات من خلال تعريضه للمعالجة المائية بالميكرويف (مكرر). وتم التحقق من طبقة الزيوليت الموجودة باستخدام تقنيات مختلفة مثل حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني (SEM)، ومطيافية تشتيت الطاقة بالأشعة السينية (EDX). وتم تحديد العيوب المحتملة باستخدام المجهر الإلكتروني (SEM)، ومن الناحية الشكلية والبلورية، تم بنجاح تصنيع غشاء الزيوليت (NaY) بسمك يتراوح بين 10 - 6 میکرون، كما تمت دراسة الخصائص المترتبة من فصل ثاني أكسيد الكربون (CO) من السيراميك المصنع، وغشاء الزيوليت (نوع fau) عبر خاصية النفاذ الأحادية والثنائية للغاز عبر مدخلات لستة نسب مختلفة من خليط غازي الثاني أكسيد الكربون والنيتروجين ( CO / N2 ). وأظهرت النتائج أن خاصية فصل غاز النيتروجين (N2) كانت أعلى مقارنة مع فصل غاز ثاني أكسيد الكربون (C02) وأن خاصية النفاذية تزداد بزيادة فرق الضغط، وفي تجربة النفاذية عند درجة حرارة 18 درجة مئوية وفرق الضغط يتراوح بين 20-35 كيلو باسكال؛ فقد بلغ متوسط النفاذية المحسوبة للأنابيب المصنعة من الطين الأحمر 3. 48 × 210 مول / م. ثانية. باسكال لغاز ثاني أكسيد
الكربون و 3. 73 x 210 مول / مه. ثانية باسكال لغاز النيتروجين، بينما أفضل نسب النفاذية لغازي ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين هي 2. 24 x 10- مول / م2. ثانية. باسكال و 2. 49 x 2 - 10 مول / م2. ثانية. باسكال، على التوالي. حيث إن نتائج النفاذية العالية الناتجة من الأغشية غير العضوية قليلة الثمن تعتبر واعدة وتتطلب مزيدا من الدراسات
ملخص البحث
الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO) يعتبر أحد الاهتمامات الرئيسية في صناعات النفط والغاز. معظم هذه الصناعات تحاول الحد من انبعاث CO إلى الغلاف الجوي و ذلك عن طريق فصلها عن غيرها من خليط الغازات باستخدام التقنيات التقليدية، ومع ذلك ، هذه التقنيات تتطلب رأسمال وتكاليف تشغيلية عالية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الأغشية البوليمرية و غير العضوية كبدائل للطرق التقليدية. في الحقيقة، هذه الأغشية لها نفاذية وانتقائية منخفضة، ولذلك، فإن الهدف من هذا البحث هو تصميم وتصنيع أغشية جديدة لها نفاذية و انتقائية عالية باستخدام مواد محلية منخفضة التكلفة . تم دراسة طريقة إعداد وتحديد ممات الأغشية الغير العضوية وما يدعمها، حيث يدعم الغشاء أنابيب يبلغ قطرها 23 ملم وطولها 365 ملم، والتي تم تصنيعها باستخدام الطريقة التقليدية المتبعة في صنع الفخار والمسماة بالصب الانزلاقي وذلك باستخدام مواد سيراميك طبيعية عمانية رخيصة الثمن مثل تربة الطين الأحمر، والأبيض، ومسقط، ومدر. حيث تم استخدام تقنية حيود الأشعة السينية (XRD) في اختيار المادة المناسبة لهذا التطبيق. وأظهرت النتائج أن الطين الأحمر والأبيض لديهما خصائص بارزة لأحتوائهما على كميات عالية من السيليكا، والألومينا، و الكوارتز، والفلسبار ، باعتبارها مناسبة لتصنيع أنابيب الداعم السيراميكية ذو القوة الميكانيكية العالية وتم تحديد خصائص الأنابيب الداعمة باستخدام مزيد من تقنيات التحليل المختلفة مثل تقنية حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني (SEM)، وتحليل الوزن الحراري (TGA)، كما تم استخدام اختبار النقاط الثلاث، واختبار مساحة السطح، ومحلل المسامية (ASAP) و ذلك لتحديد كلا من مستوى التبلور، والعيوب، ونسبة فقدان الوزن، والقوة الميكانيكية وتوزيع المسام، على التوالي. وأظهرت النتائج أن الأنابيب الداعمة المصنعة من الطين الأحمر كانت متجانسة للغاية، وكان السطح الداخلي لها أملس، في حين أثبتت التحاليل أن الطين الأحمر العماني يمكن أن يستخدم بنجاح في تصنيع أغشية للأنابيب الداعمة التي لها القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية. وتم تصنيع غشاء الزيوليت (من نوع ( fau ( Y ) على سطح داعم من الطين الأحمر مشحون بدرجة عالية من الشحنات الموجبة (باستخدام بوليمر Redifloc) والمصنع من جل يحتوي على هيدروكسيد الصوديوم، وألومينات الصوديوم، والماء الزجاجي، والماء منزوع الأيونات من خلال تعريضه للمعالجة المائية بالميكرويف (مكرر). وتم التحقق من طبقة الزيوليت الموجودة باستخدام تقنيات مختلفة مثل حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني (SEM)، ومطيافية تشتيت الطاقة بالأشعة السينية (EDX). وتم تحديد العيوب المحتملة باستخدام المجهر الإلكتروني (SEM)، ومن الناحية الشكلية والبلورية، تم بنجاح تصنيع غشاء الزيوليت (NaY) بسمك يتراوح بين 10 - 6 میکرون، كما تمت دراسة الخصائص المترتبة من فصل ثاني أكسيد الكربون (CO) من السيراميك المصنع، وغشاء الزيوليت (نوع fau) عبر خاصية النفاذ الأحادية والثنائية للغاز عبر مدخلات لستة نسب مختلفة من خليط غازي الثاني أكسيد الكربون والنيتروجين ( CO / N2 ). وأظهرت النتائج أن خاصية فصل غاز النيتروجين (N2) كانت أعلى مقارنة مع فصل غاز ثاني أكسيد الكربون (C02) وأن خاصية النفاذية تزداد بزيادة فرق الضغط، وفي تجربة النفاذية عند درجة حرارة 18 درجة مئوية وفرق الضغط يتراوح بين 20-35 كيلو باسكال؛ فقد بلغ متوسط النفاذية المحسوبة للأنابيب المصنعة من الطين الأحمر 3. 48 × 210 مول / م. ثانية. باسكال لغاز ثاني أكسيد
الكربون و 3. 73 x 210 مول / مه. ثانية باسكال لغاز النيتروجين، بينما أفضل نسب النفاذية لغازي ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين هي 2. 24 x 10- مول / م2. ثانية. باسكال و 2. 49 x 2 - 10 مول / م2. ثانية. باسكال، على التوالي. حيث إن نتائج النفاذية العالية الناتجة من الأغشية غير العضوية قليلة الثمن تعتبر واعدة وتتطلب مزيدا من الدراسات
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية
حجم الملف
9.34 ميغا بايت
0
0