بهبود جذب گاز سولفید هیدروژن در غشاهای نانولیفی پلی یورتان با استفاده از نانولوله‌های کربنی اصلاح شده با نانوذرات اکسید فلزی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 داشنیار، گروه شیمی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

2 کارشناس ارشد، گروه شیمی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

3 دکترا، گروه شیمی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

4 استادیار، دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

در این پژوهش نانوالیاف پلی یورتان حاوی نانولوله های کربنی اصلاح شده با نانوذرات اکسید فلزی شامل اکسید مس و اکسید کروم تهیه شد. برای این منظور ابتدا نانولوله های کربنی توسط نانوذرات اکسید مس به دو روش هیدروترمال (CNT-CuO-h) و فراصوت (CNT-CuO-s) و همچنین نانوذرات اکسید کروم اصلاح شد و سپس محلول پلی یورتان 12 درصد حاوی 7/0 درصد نانولوله کربنی اصلاح شده الکتروریسی شد. بررسی مورفولوژی و نتایج طیف سنج پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) حاکی توزیع و پراکنده شدن نانوذرات اکسید فلزی بر روی نانولوله های کربنی و همچنین توزیع قطر یکنواخت و عاری از دانه تسبیحی نانوالیاف کامپوزیتی است. همچنین بررسی های ساختاری به روش طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و بررسی الگوهای پراش پرتو ایکس (XRD) نشان دهنده اصلاح سطح نانولوله های کربنی با اکسیدهای فلزی مس و کروم می ‌باشد. بررسی های جذب گاز سولفید هیدروژن نانوفیلترهای حاوی نانولوله های کربنی اصلاح شده و مقایسه آن با نانوفیلترهای حاوی نانولوله کربنی و کربن فعال نشان دهنده بهبود قابل توجه ظرفیت جذب گاز در نمونه های حاوی نانولوله های کربنی اصلاح شده با اکسیدهای فلزی است. نتایج بدست آمده نشان داد افزودن تنها 7/0 درصد وزنی نانولوله کربنی اصلاح شده با اکسید مس (CNT-CuO-h) به غشاهای نانولیفی پلی یورتان، سبب افزایش سه برابری ظرفیت جذب و افزایش زمان رخنه گاز سولفید هیدروژن می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] O. Faye, A. Raj, V. Mittal, A. Chedikh, H2S adsorption on graphene in the presence of sulfur : A density functional theory study. Comput. Mater. Sci. 117 (2016) 110–119.

[2] X. Wang, T. Sun, J. Yang, L. Zhao, J. Jia, Low-temperature H2S removal from gas streams with SBA-15 supported ZnO nanoparticles. Chem. Eng. J. 142 (2008) 48–55.

[3] T. Mochizuki, M. Kubota, H. Matsuda, L.F.D. Elia, Adsorption behaviors of ammonia and hydrogen sul fi de on activated carbon prepared from petroleum coke by KOH chemical activation. Fuel Process. Technol. 144 (2016) 164–169.

[4] C. Huang, C. Chen, S. Chu, Effect of moisture on H2S adsorption by copper impregnated activated carbon, J. Hazard. Mater. 136 (2006) 866–873.

[5] E. Magnone, S. Dong, J. Hoon, A systematic study of the iron hydroxide-based adsorbent for removal of hydrogen sulphide from biogas. Microporous Mesoporous Mater. 270 (2018) 155–160.

[6] S. Lee, D. Kim, S. Lee, D. Kim, Enhanced adsorptive removal of hydrogen sulfide from gas stream with zinc-iron hydroxide at room temperature. Chem. Eng. J. 363 (2019) 43–48.

[7] L. Sigot, G. Ducom, P. Germain, Adsorption of hydrogen sulfide (H2S) on zeolite (Z): Retention mechanism. Chem. Eng. J. 287 (2016) 47–53.

[8] K. V Stepova, D.J. Maquarrie, I.M. Krip, Modified bentonites as adsorbents of hydrogen sulfide gases. Appl. Clay Sci. 42 (2009) 625–628.

[9] A. Daneshyar, M. Ghaedi, M.M. Sabzehmeidani, A. Daneshyar, H 2 S adsorption onto Cu-Zn – Ni nanoparticles loaded activated carbon and Ni-Co nanoparticles loaded c -Al 2 O 3 : Optimization and adsorption isotherms. J. Colloid Interface Sci. 490 (2017) 553–561.

[10] Q. Geng, L. Wang, C. Yang, H. Zhang, Y. Zhao, H. Fan, Room-temperature hydrogen sulfide removal with zinc oxide nanoparticle / molecular sieve prepared by melt infiltration. Fuel Process. Technol. 185 (2019) 26–37.

[11] W. Dong, D. Wang, H. Wang, M. Li, F. Chen, F. Jia, Q. Yang, Facile synthesis of In 2 S 3 / UiO-66 composite with enhanced adsorption performance and photocatalytic activity for the removal of tetracycline under visible light irradiation. J. Colloid Interface Sci. 535 (2019) 444–457.

[12] O. Faye, U. Eduok, J. Szpunar, H2S adsorption and dissociation on NH-decorated graphene: A first principles study. Surf. Sci. 668 (2018) 100–106.

[13] P. Ning, S. Liu, C. Wang, K. Li, X. Sun, L. Tang, G. Liu, Adsorption-oxidation of hydrogen sulfide on Fe/walnut-shell activated carbon surface modified by NH3-plasma. J. Environ. Sci. 64 (2018) 216–226.

[14] A. Mohamadalizadeh, J. Tow, A. Rashidi, A. Mohajeri, M. Golkar, Modification of Carbon Nanotubes for H 2 S Sorption. Ind. Eng. Chem. Res. 50 (2011) 8050–8057.

[15] M. Seredych, T.J. Bandosz, Adsorption of hydrogen sulfide on graphite derived materials modified by incorporation of nitrogen. Mater. Chem. Phys. 113 (2009) 946–952.

[16] N. Abatzoglou, N. Braidy, Y. Hu, Carbon Nano filaments Functionalized with Iron Oxide Nanoparticles for in-Depth Hydrogen Sulfide Adsorption. Ind. Eng. Chem. Res. 54 (2015) 9230–9237.

[17] A. Singh, V. Pandey, R. Bagai, M. Kumar, J. Christopher, G.S. Kapur, ZnO-decorated MWCNTs as solvent free nano-scrubber for efficient H2S removal. Mater. Lett. 234 (2019) 172–174.

[18] A. Ghorbel, H. Chekir, N. Trabelsi, S. Khemakhem, Properties of modi fi ed crude clay by iron and copper nanoparticles as potential hydrogen sul fi de adsorption. Appl. Clay Sci. 128 (2016) 123–128.

[19] A.A. Jameh, T. Mohammadi, O. Bakhtiari, M. Mahdiyarfar, Synthesis and modification of Zeolitic Imidazolate Framework (ZIF-8) nanoparticles as highly efficient adsorbent for H2S and CO2 removal from natural gas. Biochem. Pharmacol. 7 (2019) 103058.

[20] M.J.J.R. Zendehdel, A.R.M. Nakhaei, P.H. Irvani, S. Khodakarim, Comparison of Y and ZSM ‑ 5 zeolite modified with magnetite nanoparticles in removal of hydrogen sulfide from air. Int. J. Environ. Sci. Technol. (2019) 1–8.

[21] H. Liu, X. Yu, H. Yang, The integrated photocatalytic removal of SO2 and NO using Cu doped titanium dioxide supported by multi-walled carbon nanotubes. Chem. Eng. J. 243 (2014) 465–472.

[22] S.F. Dehghan, F. Golbabaei, B. Maddah, M. Latifi, H. Pezeshk, M. Hasanzadeh, F. Akbar-Khanzadeh, Optimization of electrospinning parameters for polyacrylonitrile-MgO nanofibers applied in air filtration. J. Air Waste Manag. Assoc. 66 (2016) 912-921.

[23] B.H. Moghadam, A.K. Haghi, S. Kasaei, M. Hasanzadeh, Computational-based approach for predicting porosity of electrospun nanofiber mats using response surface methodology and artificial neural network methods. J. Macromol. Sci. Part B Phys. 54 (2015) 1404-1425.

[24] M. Hasanzadeh, B. Hadavi Moghadam, M.H. Moghadam Abatari, A.K. Haghi, On the production optimization of polyacrylonitrile electrospun nanofiber, Bulg. Chem. Commun. 45 (2013) 178-90.

[25] Y. Zhang, S. Yuan, X. Feng, H. Li, J. Zhou, B. Wang, Preparation of nanofibrous metal-organic framework filters for efficient air pollution control. J. Am. Chem. Soc. 138 (2016) 5785–5788.

[26] J. Xu, C. Liu, P.C. Hsu, K. Liu, R. Zhang, Y. Liu, Y. Cui, Roll-to-Roll Transfer of Electrospun Nanofiber Film for High-Efficiency Transparent Air Filter. Nano Lett. 16 (2016) 1270–1275.

[27] S. Zhang, N. Tang, L. Cao, X. Yin, J. Yu, B. Ding, Highly Integrated Polysulfone/Polyacrylonitrile/Polyamide-6 Air Filter for Multilevel Physical Sieving Airborne Particles. ACS Appl. Mater. Interfaces. 8 (2016) 29062–29072.

[28] B. Bajaj, H. Joh, S. Mu, J. Hye, K. Bok, S. Lee, Enhanced reactive H2S adsorption using carbon nanofibers supported with Cu / Cu x O nanoparticles. Appl. Surf. Sci. 429 (2018) 253–257.

[29] G. Zhang, H. Sheng, D. Chen, N. Li, Q. Xu, H. Li, J. He, Hierarchical Titanium Dioxide Nanowire/Metal–Organic Framework/Carbon Nanofiber Membranes for Highly Efficient Photocatalytic Degradation of Hydrogen Sulfide. Chem. Eur. J. 24 (2018) 15019–15025.

[30] C. Li, Z. Wang, A. Sun, R. Liu, and C. Diao, Magnetic multi-walled carbon nanotubes matrix solid-phase dispersion with dispersive liquid–liquid microextraction for the determination of ultra trace bisphenol A in water samples. Chromatographia, 80(2017), 1189-1197.

[31] N.M. Mahmoodi, P. Rezaei, C. Ghotbei, M. Kazemeini, Copper Oxide-Carbon Nanotube ( CuO / CNT ) Nanocomposite : Synthesis and Photocatalytic Dye Degradation from Colored Textile Wastewater. Fibers Polym. 17 (2016) 1842–1848.

[32] M. Liang, C. Kwang, Y. Cho, Synthesis and photocatalytic behaviors of Cr 2 O 3 – CNT / TiO 2 composite materials under visible light. J. Mater. Sci. 45 (2010) 6611–6616.