بررسی میزان جذب سولفید هیدروژن در نانوکامپوزیت داربست آلی فلزی mof5 بر پایه کربن فعال بمنظور استفاده در کارتریج ماسک تنفسی

مقدمه: سولفید هیدروژن یکی از مهمترین ناخالصی های موجود در گاز طبیعی است. با توجه به این واقعیت که این گاز بسیار خطرناک، سمی، خورنده و آتش زا می باشد، لذا حذف سولفید هیدروژن به روش های مختلفی مورد مطالعه قرار گرفته است که یکی از شناخته شده ترین آنها روش جذب سطحی می باشد. در مطالعه حاضر از کربن فعال و کامپوزیت کربن فعال داربست آلیفلزی (mof5) جهت حذف سولفید هیدروژن از هوای تنفسی به روش جذب سطحی استفاده شد.روش کار: ابتدا کربن فعال (ac) توسط آسیاب گلوله ای تبدیل به پودر گردید و کامپوزیت ac/mof5بر پایه کربن با مقادیر10، 25 و 40 درصد وزنی از داربست آلی فلزی mof5 سنتز شد. سپس بررسی میزان جذب و زمان عبور آلاینده در دما، رطوبت و غلظت های مختلف با استفاده از سیستم شبیه ساز دستگاه تنفسی انسان طراحی شده مورد آزمایش قرار گرفت. برای تعیین ویژگی جاذب های کامپوزیتی تهیه شده از روش های دستگاهی xrd، sem و bet استفاده گردید.برای سنجش میزان دقیق گاز سولفید هیدروژن از سنسور اختصاصی دستگاه قرائت مستقیم aeroqual s500 با دقت ppm 0.01 برای گاز سولفید هیدروژن استفاده شد. یافته ها: کامپوزیت ac/mof5 نسبت به سایر جاذب ها میزان جذب و زمان عبور آلاینده بالاتری را نشان داد. سطح ویژه (bet) برای این نمونهm2/g 814، متوسط قطر حفره ها 1.6795 نانومتر و حجم کل حفرات برابر cm3/g 0.342 بدست آمد. نمودار ایزوترم نشان داد که بر اساس تقسیم بندی اتحادیه جهانی شیمی محض و کاربردی ( iupac ) بیشتر اندازه حفرات این جاذب در دسته میکرو متخلخل قرار گرفت. بیشترین میزان جذب (میلی گرم بر گرم جاذب) و زمان عبور آلاینده (دقیقه) مربوط به جاذب با 60.41 (1.08=sd) میلی گرم بر گرم جاذب و 56.26 (2.38=sd) دقیقه در دمای 15 درجه سانتی گراد، غلظت ppm 9.88 (0.70=sd) ، رطوبت 51.06 (0.15=sd) و افت فشار 51.34 میلی متر آب بود. با افزودن بیش از 25 درصد وزنی از داربست آلیفلزی mof5 به کربن فعال مقدار جذب و زمان عبور آلاینده افزایش یافت، اگرچه افت فشار آن نیز بیشتر گردید.نتیجه گیری: نتایج نشان داد که جاذب کامپوزیتی ac/mof5 ، باتوجه به ساختار متخلخل، سطح ویژه بالا، و از همه مهمتر داشتن گروه های znoc، باعث افزایش میزان جذب و همچنین زمان عبور آلاینده شد. با این حال افت فشار نسبتا بالاتری را نسبت به کربن فعال تجاری (ac)نشان داد.

Investigation of hydrogen sulfide adsorption in metallic scaffold MOF5 nanocomposite based on activated carbon for the use of respiratory mask cartridge

Introduction: Hydrogen sulfide is one of the most important impurities in natural gas. Due to the fact that this gas is hazardous, toxic, corrosive and volatile, therefore, the removal of hydrogen sulfide has been studied using several methods. One of the most known procedures is the adsorption process. In the present study, activated carbon and activated carbonbased composite scaffolds (MOF5) were used as a cartridge mask to remove hydrogen sulfide from respiratory air.Methods and Materials: First, activated carbon (AC) was converted to powder form by ball mill, and AC / MOF5 composite with 10%, 25%, and 40% MOF5 to AC was synthesized from the MOF5 metalorganic scaffold. Then, the rates of adsorption and breakthrough time using a designed setup were tested in two ranges of temperatures, humidities and concentrations. XRD, SEM and BET were used to determine the properties of composite absorbents. The Aeroqual S500 Directreading sensor with 0.01 ppm accuracy was used to measure the exact amount of hydrogen sulfide gas.Results: The AC/MOF5 composite showed higher adsorption and breakthrough time compare to the other adsorbents. The Specific surface area (BET), average pore diameter, and total pore volume of the adsorbent were 814 m2 /g, 1.6795 nm, and 0.342 cm3 /g, respectively. The isotherm diagram showed that, according to IUPAC, most of the pore size of this adsorbent was classified in the microporous group. The maximum adsorption (mg/gS) and breakthrough time (min) were related to AC/MOF5(40 Wt. %) adsorbent with 60.41 mg/gS (SD = 1.08) and 56.26 min (SD =2.38) at a temperature of 15 ° C, a concentration of 9.88 ppm (SD = 0.70), a moisture content of 51.06% (SD = 0.15) and a pressure drop of 51.34 mm water. By adding more than 25% MOF5 metalmetal scaffold to activated carbon, the amount of adsorption, breakthrough time and pressure drop were increased.Conclusion: AC / MOF5 composite adsorbent due to its porous structure, high specific surface area, and most importantly, having ZnOC groups increased the adsorption rate as well as the pollutant Breakthrough time. However, it showed a relatively higher pressure drop than commercial activated carbon (AC).