GRAPHENE-INCORPORATED METAL ORGANIC FRAMEWORKS AS POTENTIAL ADSORBENTS FOR SOLAR ADSORPTION REFRIGERATION SYSTEMS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (PhD dissertation write-up)
dissertation_write-up.pdf - Accepted Version Download (9MB) | Preview |
Arabic Abstract
الاسم الكامل: نجم ال قادر عنوان الرسالة: الأطر المعدنية العضوية ذات الجرافين المزروع كممتزات ممكنة لأجهزة التبريد الإمتزازي الشمسي التخصص: هندسة كيميائية تاريخ الدرجة العلمية: : نوفمبر 2016 تعتمد المبردات التقليدية صغيرة الحجم التي تستخدم تقنية الامتزاز غالبا على الزيولايت او السيليكاجل كزوج تشغيل مع الماء نتيجة لكثرة المسامات متوسطة الحجم الميكروني والإنجذاب العالي لذرات الماء. لكن كفائة الاداء (COP) وقدرة التبريد النوعية (SCP) لهذه المواد صغيرة جدا لدرجة انها لاتصلح للمنافسة التجارية. لهذا السبب يحتاج التبريد بالإبتزاز للكثير من التطوير فيما يتعلق بالتصميم او اختيار زوج ابتزاز مناسب وذلك لإجل إستبدال هذه الانظمة بدلاً عن أنظمة التبريد الكهربائية. في السنين الأخيرة تم تصنيع مواد الأطرالمعدنية العضوية تمسىMOFs ذات مسامات ميكرونية ونانوية وذات إمتصاص عالي للماء تفوق بكثير تلك المتوفرة كالزيولايت و السيليكاجل لكنها بالمقابل ذات خصائص حرارية متواضعة نظرا لتوفر روابط عضوية تربط ذرات المعدن في تركيب MOFs والتي بدورها تجعلها اقل من المطلوب من إجل دخولها في أجهزة التبريد بالامتزاز للغرض التجاري. هذه الدراسة تركز بشكل كبير على تحسين انتقال الحرارة في مادتين من مواد MOFs وهما MOF-100(Fe) و MOF-101(Cr) عن طريق خلطهما واشراكهما مع الانابيب الكربونية النانوية متعددة الاسطح (MWCNT) او مع اكسيد الجرافين (GO) وذلك خلال مرحلة تصنيع الممتزات. نتيجة لهذا الخلط ينتج عنه اربعة مركبات لممتزات جديدة وكل مركب فيها يختلف باختلاف النسبة الوزنية ل MWCNT او ل GO المضافة الى MOF-100(Fe) و MOF-101(Cr). جميع المركبات الجديدة خضعت لتوصيفات متعددة مثل توصيف البنية التركيبة الميكرونية و التوصيف البلوري وتحديد مساحة المسامات و تحديد الاستقرار الحراي وايضا توصيف حركية الابتزاز والاستقرار الحراري والمائي خلال التدوير. الملفت للنظر من خلال نتائج هذه الدراسة ان المركب GO/MIL-100(Fe) الذي نسبة الجرافين الوزنية فيه 17% هو افضل مازة يمكنه ابتزاز الماء مع تدوير مستقر وسعر مناسب للاستخدام كمزازة في أجهزة التبريد الامتزازية. كلمات البحث : التبريد بالامتزاز , الأطرالمعدنية العضوية, قدرة التبريد النوعية
English Abstract
Full Name : [NAJAM UL QADIR] Thesis Title : [GRAPHENE-INCORPORATED METAL ORGANIC FRAMEWORKS AS POTENTIAL ADSORBENTS FOR SOLAR ADSORPTION REFRIGERATION SYSTEMS] Major Field : [MECHANICAL ENGINEERING] Date of Degree : November, 2016] Conventional small-scale adsorption chillers generally employ silica-gel/water or zeolite/water working pairs given the relatively high level of mesoporosity and water affinity in these adsorbent materials. However, the coefficient of performance (COP) and specific cooling power (SCP) evaluated for these conventional working pairs cannot be still considered practically feasible in the context of a commercial system. Hence, significant improvements concerning the design of the system and/or the choice of the adsorbent/adsorbate pair are required. Metal organic frameworks (MOFs) are one class of micro/nanoporous materials which have been shown to possess water adsorption capacities much higher than those exhibited by their mesoporous counterparts like silica gels and zeolites. However, due to the presence of an organic linker which is present in significantly greater proportion than the metal ion centers, these materials still fail to qualify the heat transfer characteristics required of a commercially feasible adsorbent. This study focuses on the improvement of heat transfer characteristics of two water-stable MOFs, MIL-100(Fe) and MIL-101(Cr), via incorporation of either multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) or graphene oxide (GO) using in-situ synthesis procedures. The resulting four categories of MOF-based composites with varying weight fractions of MWCNTs or GO have been characterized for microstructure, degree of crystallinity, surface area, thermal stability, water sorption kinetics and hydrothermal cyclic stability. It has been observed that GO/MIL-100(Fe) composite containing 17.75 wt% GO shows the best combination of water vapor uptake, cyclic stability and cost-effectiveness for potential use as adsorbent in commercial-scale adsorption chillers using water as refrigerant. Keywords: Adsorption refrigeration; metal organic frameworks, specific cooling power
| Item Type: | Thesis (PhD) |
|---|---|
| Subjects: | Mechanical |
| Department: | College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering |
| Committee Advisor: | Said, S.A.M |
| Committee Co-Advisor: | Mansour, R.B |
| Committee Members: | Abualhamayel, H.I. and Habib, M.A. and Mezghani, K |
| Depositing User: | NAJAM UL QADIR (g201204240) |
| Date Deposited: | 23 Jan 2017 12:41 |
| Last Modified: | 31 Dec 2020 08:08 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140142 |