Document
Absorption of CO2 in aqueous B-alanine based hybrid solutions.
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2020
Language
English
English abstract
This study aimed to examine the performance of two new B-alanine based systems as
alternative solvents for CO2 removal process. The first one is Potassium B-alaninate
(K-ala) at three mass concentrations (10, 20, and 30 wt %). In the second system,
Aminoethylpiperazine (APZ) was added as a promoter to enhance the CO2 loading of
the first system. Aminoethylpiperazine was added at 3, 6, and 9 wt%. The CO2
solubility was measured for both systems using a gas solubility unit at three
temperatures (303.15, 313.15, 333.15 K) and four pressures (4, 8, 12, 16 bar). The
number of required experiments was determined using Design Expert software. The
results of this work showed that the solubility strongly depends on the CO2 pressure.
By increasing the pressure, the solubility significantly increases. In contrast, CO2
solubility is inversely proportional to temperature and mass concentration. The results
also obviously showed the improvement of the CO2 loading after promoting with
aminoethylpiperazine. The CO2 loading has improved from about 0.6401 (mol
CO2/mol solvent) before the addition of APZ to 0.8892 (mol CO2/mol solvent) after
promoting with APZ. The average percentage of improvement was about 42 %.
Furthermore, analysis of variance (ANOVA) was performed to study the significance
of the CO2 solubility data.
Physical properties (Density, Viscosity, and Refractive index) of all the solvents at the
studied concentrations were measured for a temperatures range of (298.15 to 333.15
K). The experimental data was regressed as a function of temperature and mass
concentration. The experimental data of all the properties were observed to match the
corresponding correlated lines, therefore the applied correlations are satisfactory to
predict the studied properties at the given temperature and concentration. Along with
these properties, the thermal expansion coefficients were estimated for the studied
solvents using the experimental density results.
Besides, the solution of (K-ala + APZ) at (10 + 6) wt% was further analyzed using
Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy before and after CO2 loading to
explore the changes in the chemical functional groups after the chemical absorption.
From the spectrogram, the characteristic peaks identified for bicarbonate are located
at 1630 and 1360 cm-1.vi
Member of
Resource URL
Arabic abstract
ن الهدف من هذه الدراسة يتمثل في فحص أداء وفاعلية استخدام نظامين جديدين من المحاليل المكونة بشكل
رئيسي من مادة البيتا ألانين، كمذيبات بديلة لعملية امتصاص ثاني أكسيد الكربون. النظام الأول هو البوتاسيوم
بيتا ألانينات (βala-K ، (الذي تمت دراسته لثلاث تركيزات كتلية (١٠ ، ٢٠ ، ٣٠ .( ٪ و تمت إضافة مركب
ُ في النظام الثاني كم أمينو إيثيل بيبرازين (APZ (حفز لتعزيز عملية امتصاص ثاني أكسيد الكربون للنظام الأول.
وأضيف هذا المركب ب بثلاث تركيزات كتلية (٣ ، ٦ ، ٩ .(٪ تم قياس قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون لكل من
النظامين باستخدام وحدة ذوبان غاز في درجات الحرارة (٣٠ ، ٤٠، ٠٦ درجة مئوية) والضغوط (٤ ،٨ ،١٢ ،
١٦ بار). تم تحديد عدد التجارب المطلوبة باستخدام Expert Design .وكما هو متوقع ومماثل للدراسات السابقة
في نفس المجال ، تعتمد القابلية للذوبان بشدة على ضغط ثاني أكسيد الكربون ، فعند زيادة الضغط يزيد ذوبان
ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير. في المقابل ، تتأثر قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون عكسيا بدرجة الحرارة
والتركيزات الكتلية. وأظهرت النتائج بوضوح تحسن فاعلية βala-K في امتصاص ثاني أكسيد الكربون بعد
ُكم النسبة المئوية للتحسن حوالي ٤٢ .٪ علاوة على ذلك ، تم إجراء تحليل إضافة APZ حفز. حيث بلغت متوسط
التباين (ANOVA (لدراسة بيانات ذوبان ثاني أكسيد الكربون.
وقد تم قياس الخواص الفيزيائية (الكثافة واللزوجة ومؤشر الانكسار) لجميع المذيبات في التركيزات المدروسة
في درجات الحرارة من (٥٢ إلى ٠٦ درجة مئوية). كما تم إعداد نموذج للبيانات باستخدام برنامج Matlab من
أجل ربط البيانات التجريبية لكل خاصية مع درجة الحرارة وتركيز الكتلة. وقد لوحظ تناسب البيانات التجريبية
لجميع الخصائص مع النماذج التي تم الحصول عليها من البرنامج، وبالتالي فإن النماذج المطبقة يمكن استخدامها
للتنبؤ بالخصائص المدروسة عند درجة حرارة وتركيز معينين. بالإضافة إلى هذه الخصائص ، تم تقدير معاملات
التمدد الحراري للمذيبات المدروسة باستخدام نتائج الكثافة لكل مذيب.
علاوة على ذلك ، تم تحليل محلول (APZ + ala-K (عند تركيزات الكتلية (١٠ + ٦ ٪ (باستخدام التحليل
الطيفي (FTIR (قبل وبعد امتصاص CO2 من أجل التنبؤ بالتغيرات في المجموعات الوظيفية بعد الامتصاص
. -1 الكيميائي. وأوضحت الرسوم البيانية الناتجة القمم المميزة المحددة للبيكربونات في ١٦٣٠ و١٣٦٠ سم
رئيسي من مادة البيتا ألانين، كمذيبات بديلة لعملية امتصاص ثاني أكسيد الكربون. النظام الأول هو البوتاسيوم
بيتا ألانينات (βala-K ، (الذي تمت دراسته لثلاث تركيزات كتلية (١٠ ، ٢٠ ، ٣٠ .( ٪ و تمت إضافة مركب
ُ في النظام الثاني كم أمينو إيثيل بيبرازين (APZ (حفز لتعزيز عملية امتصاص ثاني أكسيد الكربون للنظام الأول.
وأضيف هذا المركب ب بثلاث تركيزات كتلية (٣ ، ٦ ، ٩ .(٪ تم قياس قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون لكل من
النظامين باستخدام وحدة ذوبان غاز في درجات الحرارة (٣٠ ، ٤٠، ٠٦ درجة مئوية) والضغوط (٤ ،٨ ،١٢ ،
١٦ بار). تم تحديد عدد التجارب المطلوبة باستخدام Expert Design .وكما هو متوقع ومماثل للدراسات السابقة
في نفس المجال ، تعتمد القابلية للذوبان بشدة على ضغط ثاني أكسيد الكربون ، فعند زيادة الضغط يزيد ذوبان
ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير. في المقابل ، تتأثر قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون عكسيا بدرجة الحرارة
والتركيزات الكتلية. وأظهرت النتائج بوضوح تحسن فاعلية βala-K في امتصاص ثاني أكسيد الكربون بعد
ُكم النسبة المئوية للتحسن حوالي ٤٢ .٪ علاوة على ذلك ، تم إجراء تحليل إضافة APZ حفز. حيث بلغت متوسط
التباين (ANOVA (لدراسة بيانات ذوبان ثاني أكسيد الكربون.
وقد تم قياس الخواص الفيزيائية (الكثافة واللزوجة ومؤشر الانكسار) لجميع المذيبات في التركيزات المدروسة
في درجات الحرارة من (٥٢ إلى ٠٦ درجة مئوية). كما تم إعداد نموذج للبيانات باستخدام برنامج Matlab من
أجل ربط البيانات التجريبية لكل خاصية مع درجة الحرارة وتركيز الكتلة. وقد لوحظ تناسب البيانات التجريبية
لجميع الخصائص مع النماذج التي تم الحصول عليها من البرنامج، وبالتالي فإن النماذج المطبقة يمكن استخدامها
للتنبؤ بالخصائص المدروسة عند درجة حرارة وتركيز معينين. بالإضافة إلى هذه الخصائص ، تم تقدير معاملات
التمدد الحراري للمذيبات المدروسة باستخدام نتائج الكثافة لكل مذيب.
علاوة على ذلك ، تم تحليل محلول (APZ + ala-K (عند تركيزات الكتلية (١٠ + ٦ ٪ (باستخدام التحليل
الطيفي (FTIR (قبل وبعد امتصاص CO2 من أجل التنبؤ بالتغيرات في المجموعات الوظيفية بعد الامتصاص
. -1 الكيميائي. وأوضحت الرسوم البيانية الناتجة القمم المميزة المحددة للبيكربونات في ١٦٣٠ و١٣٦٠ سم
Category
Theses and Dissertations