مطالعه فرآیند دینامیک جذب سطحی تولوئن توسط جاذب میکروپروس چارچوب فلز-آلی مس

مقدمه: تولوئن یکی از آلاینده های شیمیایی تلقی می شود که می تواند مشکلاتی را بر سلامتی افراد بویژه کارگران شاغل در معرض ﻣﻮاﺟﻬﻪ ﺑﺎ آن ایجاد نماید و به علت سرعت تبخیر بالا و انتشار سریع در محیط پیرامون، منجر به مواجهه بسیاری از شاغلین و افراد در معرض و متعاقب آن اثرات جبران ناپذیر بر سلامت آنان در مشاغل مختلف می گردد. بنابراین حذف آن بسیار حائز اهمیت می باشد. در تحقیق حاضر با استفاده از چارچوب فلزآلی مس، تحت شرایط مختلف عملیاتی به مطالعه روش حذف این آلاینده پرداخته شده است.روش کار: در این مطالعه چارچوب فلزآلی مس با استفاده از روش تک ظرف و درجا سنتز شد. ویژگی های فیزیکی و مورفولوژی جاذب توسط تکنیک های bet، xrd، ftir و sem مورد بررسی قرار گرفت. کارائی جاذب در حذف تولوئن از جریان هوا تحت سیستم جذبی دینامیک با بررسی تاثیر متغیرهای وزن جاذب، غلظت آلاینده و رطوبت صورت پذیرفت. برای ارزیابی داده ها از معادلات ایزوترم، ترمودینامیک و سینتیک استفاده گردید. یافته ها: نتایج آزمایش های تعیین ویژگی های چارچوب فلزآلی مذکور، بیانگر تشکیل کریستال های خالص cubdc با میانگین و توزیع اندازه ذرات برابر nm 1.95 بود. سطح ویژه محاسبه شده به روش bet برای نمونه مذکور برابر m2 g1 686 و حجم کلی حفرات ساختاری cm3 g1 0.335 بود. وجود میکروپورها باعث افزایش ظرفیت جذب دینامیک تولوئن شد. براساس یافته ها، جذب سطحی تولوئن بر روی جاذب مذکور از مدل ایزوترم لانگمویر و مدل سینتیک شبه درجه دو پیروی می نماید. براساس نتایج مطالعات ترمودینامیک، تغییرات آنتروپی ( ° δs) برابر kj mol1 k1 0.044 و تغییرات آنتالپی ( ° δh)برابر kj mol1 15.67 محاسبه شد. همچنین میزان انرژی آزاد گیبس ( δg °) منفی محاسبه گردید که بیانگر خودبه خودی و گرمازا بودن فرآیند جذب سطحی می باشد. واجذب دمایی تولوئن از جاذب پس از سه آزمایش 77% حاصل شد.نتیجه گیری: با توجه به نتایج این مطالعه می توان از چارچوب فلزآلی میکروپروس مس بدلیل ارزان بودن، دسترسی بالا، ظرفیت جذب بالا و واجذب دمایی مناسب در شرایط عملیاتی مختلف برای جذب سطحی تولوئن استفاده نمود.

Study of the dynamic adsorption process of toluene by a microporous copper metal-organic framework

Introduction: Toluene is considered as a group of chemical contaminants, causing problems for people rsquo;s health. Due to the high rate of evaporation and rapid emission in the surrounding environment, it leads to the exposure of many employees and people at risk and, subsequently, its irreparable effects on their health in different jobs. Therefore, its removal is very important. In the present study, this contaminant was removed using the copper metalorganic framework (MOF) under different operating conditions. Material and Methods: In this study, the copper MOF was synthesized using the onepot and in situ method. Physical and morphological properties of the adsorbent were investigated using BET, XRD, FTIR and SEM techniques. The efficiency of the adsorbent in removing toluene from the air stream under the dynamic adsorption system was investigated by examining the effect of the variables of adsorbent mass, pollutant concentration and humidity. Isotherm, thermodynamics and kinetics equations were used to evaluate the data.Results: The results of experiments determining the properties of the metalorganic framework showed the formation of pure CuBDC crystals with mean and particle size distribution of 1.95 nm. The specific surface area calculated by the BET method for the mentioned sample was 686 m2 g1 and the total volume of structural pores was 0.335 g3 cm3. The presence of micropores increased the dynamic adsorption capacity of toluene. The findings follow the Langmuir isotherm model and the Pseudosecond order kinetic model. Based on the results of thermodynamic studies, entropy change ( ΔS °) and enthalpy change ( ΔH °) were equal to 0.44 kJ mol1 K1 and 15.67 kJ mol1, respectively. Gibbs free energy change ( ΔG °) was also calculated negatively, indicating that the adsorption process was spontaneous and exothermic. The regeneration of the adsorbent was 77% after three cycles.Conclusion: According to the results of this study, the microporous copper MOF can be used as a result of cheapness, high access, high adsorption capacity and appropriate regeneration rate in different operating conditions for adsorption of toluene.