Daud, Farah Diana Mohd (2015) Synthesis And Characterization Of Calcium Oxide And Magnesium Oxide Supported Calcium Oxide For Carbon Dioxide Adsorbent. PhD thesis, Universiti Sains Malaysia.
![[img]](http://eprints.usm.my/style/images/fileicons/application_pdf.png)
|
PDF
- Submitted Version
Download (327kB) | Preview |
Abstract
Kebanyakan kajian melaporkan kalsium oksida (CaO) yang digunakan untuk penyingkiran karbon dioksida (CO2) mengalami ketidakstabilan struktur, lalu mengurangkan kapasiti penjerapan dan serapan kebolehkitar semula. Oleh itu, matlamat utama kajian ini adalah untuk menghasilkan CaO dengan luas permukaan yang tinggi dan kestabilan struktur yang baik untuk memperluaskan penggunaan CaO sebagai penjerap CO2. Kesan pelarut, masa, suhu tindakbalas dan pengkalsinan untuk pembentukan fasa CaO daripada Ca(OH)2 melalui kaedah pemendakan telah dikaji. Kemudian, penambahan MgO kepada CaO untuk melambatkan pensinteran dan seterusnya menambah baiki serapan kebolehkitar semula CO2 yang telah dikaji. Didapati etanol/air ternyahion (etanol/DIW) dan dimethylformamide/air ternyahion (DMF/DIW) dengan isipadu pelarut 78 ml/02 ml yang dihasilkan pada 35 °C selama 30 minit menghasilkan struktur “pod” yang homogen. Pelarut jumlah etanol dan DMF yang tinggi etanol/DIW dan DMF/DIW dengan isipadu pelarut (78 ml/02 ml dan 80 ml/0 ml) bertindak sebagai ejen pengehad yang baik untuk menyekat pertumbuhan Ca(OH)2 hablur pada arah (1010) manakala mendorong pertumbuhan anisotropik ke arah (0001). Secara perbandingan, hasil penjerap dalam etanol/DIW mempunyai luas permukaan yang paling tinggi (30.45 m2/g), isipadu liang yang tinggi (0.235 cm3/g) dan diameter liang kecil (3.8 nm) berbanding dengan DMF/DIW yang mempunyai luas permukaan (20.66 m2/g), isipadu liang (0.111 cm3/g) dan diameter liang (19.02 nm), masing-masing. Masa tindak balas menentukan pembentukan struktur yang homogen manakala suhu menentukan keboleh larutan ion kalsium. Kapasiti penjerapan awal adalah 60% (16 mmol CO2/g penjerap) dan berkurang kepada 35% (8 mmol CO2/g penjerap) selepas 10 kitaran pengkarbonan. Ini berlaku kerana masalah pensinteran. Walau bagaimanapun, penambahan MgO dalam julat 5 hingga 30% berat telah memperbaiki mikrostuktur dengan menunjukan kesan pensinteran dengan kestabilan struktur yang tinggi. Penambahan 5 dan 10% berat MgO kepada CaO menghasilkan penjerap dengan luas permukaan tinggi dan meningkatkan rintangan pensinteran sepanjang pelbagai kitaran penjerapan CO2. Yang paling pentingnya, CaO dengan 10% berat MgO menunjukkan kapasiti penjerapan CO2 yang malar (50%) selama 10 kitaran pengkarbonan. Tanpa penambahan MgO, kapasiti CaO tulen berkurang sebanyak 35% manakala dengan penambahan 10% berat MgO kapasitinya adalah malar. Kesimpulannya, keputusan kajian ini telah menunjukkan 10 wt% MgO adalah memadai untuk membentuk penjerap dengan luas permukaan yang tinggi dengan kestabilan struktur yang baik untuk meningkatkan keupayaan kitaran penjerapan CO2. ________________________________________________________________________________________________________________________ Many studies reported that calcium oxide (CaO) used for CO2 removal suffer from structural instability, thus reduced the adsorption capacity and sorbent recyclability. Therefore, the ultimate aim of this work was to produce CaO with high surface area and good structural stability for widespread application of CaO as CO2 sorbents. The effect of solvent, time, temperature of the reaction and calcination for the formation of CaO from Ca(OH)2 phase via precipitation method was investigated. Then, the addition of MgO in CaO to delay sintering and consequently improved sorbent recyclability was studied. It was found that ethanol/deionized water (ethanol/DIW) and dimethylformamide/deionized water (DMF/DIW) with volume of 78 ml/02 ml for 30 minutes at 35 °C produces homogenous pods structure of Ca(OH)2 sorbent. Solvent with high amount of ethanol/DIW and DMF/DIW with volume (78 ml/ 2 ml and 80 ml/0 ml) acts as good capping agent to suppress the growth of Ca(OH)2 crystal at (1010) direction while induce anisotropic growth along (0001) direction. Comparatively, the sorbent produce in ethanol/DIW have highest surface area (30.45 m2/g), high pore volume (0.235 cm3/g) and small pore diameter (3.8 nm) than DMF/DIW which have surface area (20.66 m2/g), pore volume (0.111 cm3/g) and pore diameter (19.02 nm). The time of reaction determines the formation of homogeneous structure while temperature determines the solubility of the calcium ions. The adsorption capacity was 60% (16 mmol CO2/sorbent) subsequently reduced to 35% (8 mmol CO2/g sorbent) after 10 cyclic carbonation. This is due to sintering problem. However, the addition of MgO in the range of 5 to 30 wt% have improves the microstructure whereby demonstrated less sintering effect with high structural stability. The 5 and 10 wt% of MgO added CaO exhibited high specific surface areas and enhanced the sintering-resistant over multiple cycles for CO2 adsorption. Most importantly, 10 wt% MgO added CaO sorbent showed constant CO2 adsorption capacity (50%) over 10 carbonation cycles. Without MgO addition, the CO2 capacity of pure CaO decreases by 35 wt% but with 10 wt% MgO remained constant. In summary, the results of this research showed 10 wt% MgO is sufficient to form sorbents with high surface area with good structural stability for enhanced cyclic CO2 adsorption capacity.
| Item Type: | Thesis (PhD) |
|---|---|
| Additional Information: | Full text is available at http://irplus.eng.usm.my:8080/ir_plus/institutionalPublicationPublicView.action?institutionalItemId=2870 |
| Subjects: | T Technology T Technology > TN Mining Engineering. Metallurgy > TN263-271 Mineral deposits. Metallic ore deposits. Prospecting |
| Divisions: | Kampus Kejuruteraan (Engineering Campus) > Pusat Pengajian Kejuruteraan Bahan & Sumber Mineral (School of Material & Mineral Resource Engineering) > Thesis |
| Depositing User: | Mr Mohd Jasnizam Mohd Salleh |
| Date Deposited: | 12 Jul 2018 07:48 |
| Last Modified: | 16 Aug 2018 08:34 |
| URI: | http://eprints.usm.my/id/eprint/41019 |
Actions (login required)
 |
View Item |
