CO2 CAPTURE AT AMBIENT CONDITION USING AMINE-FUNCTIONALIZED MAGNESIUM OXIDE AND GRAPHENE DERIVATIVES NANO-COMPOSITES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS_Thesis_Ali _Final editing.pdf - Other Restricted to Repository staff only until 1 January 2021. Download (3MB)

Arabic Abstract

منذ بدء التصنيع على نطاق واسع ، حظي التخلص من ثاني أكسيد الكربون باهتمام كبير بسبب الزيادة السريعة في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. علاوة على ذلك ، يعتبر تدفق ثاني أكسيد الكربون إلى الخارج عاملاً رئيسيًا في تغير المناخ الجوي . لذلك ، فإن التخلص من ثاني أكسيد الكربون بأقل الطرق استهلاك للطاقة هو أمر مهم للغاية. وفقًا لذلك أقمنا دراسة لإزالة ثاني أكسيد الكربون في الظروف المحيطة باستخدام أكسيد المغنيسيوم (MgO) و مشتقات الجرافين كمادة ماصة أساسية. أولاً، تم إعداد سلسلة من المواد الماصة المستندة إلى MgO من خلال طرق تحضرية مختلفة باستخدام تقنية sol-gel. توضح النتائج أن طرق التحضير لمادة MgO يلعب دورًا مهمًا في تحديد درجة البلورة ، التشكل ، مساحة السطح ، وحجم المسام مما أدى في الحصول على مجموعة متنوعة من MgO ذات قدرات مختلفةعلى امتزاز ثاني أكسيد الكربون ، مع كون MgO-A هو الأكثر فعالية. أسفر تعديل MgO-A مع 3-أمينوبريل-ترايثوكسيسيلان (APTES) وثنائي إيثيلينيتريامين (DETA) في زيادة امتزاز ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 2 و 1.5 مرة على التوالي. ومن جهة أخرى ، تسبب التعديل باستخدام بولي أمين (بولي إيثيلين أمين) في انخفاض شديد في مساحة السطح الممتصة ، مما أدى إلى انخفاض في امتزاز ثاني أكسيد الكربون. والأهم من ذلك, يشير الإستقرار و الاستعادة الكاملة لقدرة APTES-MgO-A الأصلية إلى إمكانية الاستخدام التجاري المحتمل لـ APTES-MgO-A في إمتزاز ثاني أكسيد الكربون مع مراعاة الحد الأدنى من الطاقة المستهلكة. في الجزء الثاني من البحث ، تم تحضير مشتقات الجرافين من خلال أكسدة الجرافيت والاختزال الكيميائي لأكسيد الجرافيت. ونتيجة لذلك ، حصل ال GO على قدرة امتزاز كبيرة تبلغ 45 مجم / جم مقارنة بـ RGO البالغة 13.1 مجم / جم. أظهر تحسين ال GO بإستخدام APTES و DETA تعزيزًا على قدرة المتزاز بمقدار أعلى 1.4 و 1.24 مرة على التوالي . ومن جهة أخرى ، أدى التعديل بإستخدام PEI و Hexamine إلى انخفض بنسبة 30 ٪ من قدرة الامتزاز GO الغير معدل . وأخيرًا ، تم إعداد نسب مختلفة من ـ APTES / GO لتحديد النسبة المثلى.

English Abstract

Since the begun of the large-scale industrialization, carbon dioxide capture has obtained great attention due to the rapid increase of CO2 concentration in the atmosphere. Moreover, the carbon dioxide (CO2) outflow is considered a key factor of abnormal climate change. Therefore, the capture of CO2 with minimal energy consumption is very attractive approach. Accordingly, we report in this work, the capture of CO2 at ambient conditions using magnesium oxide (MgO) and graphene derivatives as base adsorbents respectively. First of all, a series of MgO-based adsorbents were prepared through different facile synthesizing methods using sol-gel technique. The results demonstrate that the MgO synthesis route play a significant role in altering its crystallinity, morphology, surface area, and pore size which resulted in a variety in its CO2 uptake capacity, with MgO-A being the most effective one. The modification of MgO-A with 3-aminopropyl-triethoxysilane (APTES) and diethylenetriamine (DETA) has resulted in CO2 adsorption enhancement with capacity of 65 and 47.6 mg/g, respectively. However, the functionalization with a poly amine caused a severe reduction in the adsorbent surface area, leading to a decrease in CO2 adsorption. Regeneration, stability and fully restore of APTES-MgO-A original capacity suggest the potential commercial use of APTES-MgO-A for CO2 capture with a minimal energy requirement. In the second part, graphene derivatives were prepared through oxidization of graphite and chemical reduction of graphite oxide. As a result, GO attained a considerable adsorption capacity of 45 mg/g comparing to RGO of 13.1 mg/g. The functionalization of GO with APTES and DETA have shown enhancement with capacity of 63 and 56 mg/g, respectively. However, the impregnation of PEI and Hexamine resulted in 30% reduction of adsorption capacity of GO. Finally, variants ratios of APTES/GO were prepared to specify the optimal ratio.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Onaizi, Sagheer
Committee Members:	Ba-shammakh, Mohammed and Abussaud, Basim
Depositing User:	ALI ALKADHEM (g200968030)
Date Deposited:	02 Jan 2020 08:03
Last Modified:	02 Jan 2020 08:03
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141410