بررسی تجربی و تئوری جذب گاز طبیعی بر روی نانولوله های کربنی

نانولوله های کربنی با توجه به ویژگیهای سطحی منحصر بفردشان از قبیل سطح ویژه بسیار بالا ، اندازه مناسب حفرات، تخلخل یکنواخت و بی اثر بودن می تواند بعنوان یک جاذب بسیار مناسب جهت جذب گاز طبیعی به شمار رود. در این پژوهش دستگاهی برای سنجش میزان جذب گازها بر روی جاذب از طریق حجم سنجی ساخته شده است. سپس برای تست کارایی دستگاه و همچنین مقایسه میزان جذب متان بر روی نانولوله های کربنی با سایر جاذبهای مشابه، میزان جذب این گازها در کربن فعال دانه ای اندازه گیری گردید. در این پژوهش از نانولوله های کربنی با اندازه حفرات و خواص سطحی مناسب برای انجام آزمایشات جذب استفاده گردید. بیشینه جذب گاز متان بر روی نانولوله های کربنی در دمای 10 درجه سانتیگراد و فشار 50 بار معادل 31% وزنی (بیش از چهار برابر کربن فعال) گزارش شده است. ضمن ارائه نتایج تجربی ذخیره سازی متان در شرایط عملیاتی متفاوت، ایزوترم های جذب در هر دو نمونه براساس مدل های فیزیکی لانگمیر، فرندلیچ و سیپس بیان گردیده و نتایج نشان داده اند که داده های آزمایشگاهی تطابق خوبی با این سه مدل برقرار کرده اند. بررسی گرمای جذب ایزواستریک متان بر اساس معادله کلازیوس-کلاپیرون موید بالاتر بودن خاصیت هتروژنی سطح نانولوله های کربنی نسبت به جاذب کربن فعال می باشد. مطالعه سینتیکی جذب سطحی متان بر روی نانولوله های کربنی نشان داده است که داده های آزمایشگاهی به خوبی از مدلهای سینتیکی شبه درجه دوم و نفوذ بین ذره ای تبعیت می کنند. نتایج نشان داده اند میزان جذب متان بر روی نانولوله های کربنی تصفیه شده در حضور مخلوط اسید سولفوریک و اسیدنیتریک نسبت به سایر روش ها به طور چشمگیری افزایش یافته است. همچنین عملیات پیش تصفیه اسیدی در مقایسه با عملیات قلیایی در افزایش پتانسیل جذب نانولوله های کربنی موثرتر واقع شده اند. بیشینه جذب گاز متان در این تحقیق معادل42% وزنی برای نانولوله های کربنی تصفیه شده در حضور مخلوط اسید سولفوریک و اسیدنیتریک به نسبت حجمی 3به1 در دمای 10 درجه سانتیگراد و فشار 50 بار برآورد شده است. در کلیه آزمایشات جذب سطحی انجام شده، میزان جذب متان با افزایش فشار و کاهش دما افزایش یافته است.