Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
กระบวนการดูดซับมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์บนถ่านกัมมันต์และวัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์
Year (A.D.)
2018
Document Type
Thesis
First Advisor
Pramoch Rangsunvigit
Second Advisor
Boonyarach Kitiyanan
Third Advisor
Santi Kulprathipanja
Faculty/College
The Petroleum and Petrochemical College (วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Petroleum Technology
DOI
10.58837/CHULA.THE.2018.407
Abstract
Natural gas has gain popularity for transportation among other fuels since it is the cleanest burning fossil fuel. However, the important challenge for utilizing natural gas is its comparatively low volumetric energy storage density. Consequently, a suitable natural gas storage is needed. Adsorbed natural gas (ANG) is an interesting alternative because it could be expected to reduce the cost and potential damage from compressed natural gas (CNG) and liquefied natural gas (LNG) technology. Comparative adsorption of methane and carbon dioxide on activated carbon ZIF-8, UiO-66, and MIL-53 (Al) was investigated at 35 °C and up to 100 psi. The addition of PVDF in ZIF-8 and activated carbon were also studied including 75 wt% ZIF-8, 50 wt% ZIF-8, 25 wt% ZIF-8, 50 wt% ZIF-8, and 25 wt% ZIF-8. The result shows that the methane and carbon dioxide adsorption increase with the pressure. MIL-53 shows the highest methane and carbon dioxide adsorption. The high surface area and micropore volume corresponds to the high methane and carbon dioxide adsorption. However, the high micropore volume to total pore volume ratio also contributes to higher methane adsorption in the case of ZIF-8 and UiO-66. ZIF-8 has higher methane adsorption than UiO-66 although they have about the same surface area and micropore volume. On the contrary, UiO-66 has higher carbon dioxide adsorption than ZIF-8 affecting from chemical properties such as an open metal site and an organic ligand. Moreover, ZIF-8 has the highest CH4/CO2 selectively because it has high surface area, high micropore volume, high micropore volume to total pore volume ratio, and proper open metal site and organic ligand.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงที่ได้รับความนิยมสำหรับใช้ในด้านการขนส่งเพราะเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด แต่อย่างไรก็ตาม ความท้าทายสำหรับการนำก๊าซธรรมชาติไปใช้คือก๊าซธรรมชาตินั้นมีความหนาแน่นต่ำ ดังนั้นจึงต้องมีวิธีการสำหรับกักเก็บก๊าซธรรมชาติที่เหมาะสม ซึ่ง adsorbed natural gas (ANG) เป็นทางเลือกที่น่าสนใจเพราะสามารถลดค่าใช้จ่าย และอันตรายที่เกิดจาก เทคโนโลยี compressed natural gas (CNG) และ liquefied natural gas (LNG) ได้ งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการดูดซับก๊าซมีเทนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บนถ่านกัมมันต์ ZIF-8 UiO-66 และ MIL-53 (Al) ที่อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส และความดันถึง 100 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว นอกจากนี้ยังได้ศึกษาผลของ PVDF ที่ผสมใน ZIF-8 และถ่านกัมมันต์ ซึ่งตัวดูดซับที่ใช้ประกอบไปด้วย 75%ZIF-8 50%ZIF-8 25%ZIF-8 50%ZIF-8 และ 25%ZIF-8 โดยน้ำหนัก จากผลการทดลองพบว่าปริมาณการดูดซับก๊าซมีเทนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นเมื่อความดันเพิ่มขึ้น โดย MIL-53 เป็นตัวดูดซับที่สามารถดูดซับก๊าซมีเทนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากที่สุด กล่าวอีกนัยหนึ่งได้ว่าตัวดูดซับที่มีพื้นที่ผิวและปริมาตรรูพรุนขนาด micropore สูง จะสามารถดูดซับก๊าซมีเทนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากด้วย แต่สำหรับตัวดูดซับบางชนิดที่มีพื้นที่ผิวและปริมาตรรูพรุนขนาด micropore ที่ใกล้เคียงกัน พบว่าปริมาณการดูดซับก๊าซมีเทนต่างกัน ดังตัวอย่างเช่น ZIF-8 และ UiO-88 ซึ่ง ZIF-8 สามารถดูดซับก๊าซมีเทนได้มากกว่า UiO-66 ซึ่งเป็นผลมาจากอัตราส่วนของปริมาณรูพรุนขนาด micropore ต่อปริมาณรูพรุนทั้งหมด แสดงว่าถ้าสารใดมีอัตราส่วนของปริมาณรูพรุนขนาด micropore ต่อปริมาณรูพรุนทั้งหมดสูง จะส่งผลให้ดูดซับมีเทนได้มาก ในทางตรงกันข้าม พบว่า UiO-66 สามารถดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ดีกว่าก๊าซมีเทนเป็นผลมาจากคุณสมบัติทางด้านเคมี เช่น โลหะที่ไม่อิ่มตัว และ ออร์แกนิคลิแกนด์ ยิ่งไปกว่านั้น ZIF-8 มีค่าการเลือก CH4/CO2 สูงสุด ซึ่งเป็นผลมาจากพื้นที่ผิวและปริมาตรรูพรุนขนาด micropore สูง มีอัตราส่วนของปริมาตรรูปพรุนขนาด micropore ต่อปริมาตรรูพรุนทั้งหมดสูง รวมทั้งมี โลหะที่ไม่อิ่มตัว และ ออร์แกนิคลิแกนด์ ที่เหมาะสม
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Sudsuansi, Chutima, "Adsorption of methane and carbon dioxide on activated carbon and metal organic frameworks" (2018). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 2538.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/2538