İyonik sıvı - CO2 tutan organik sıvı hibrit çözücü sistemlerinin karbon dioksit absorplama performansının incelenmesi

Abstract

Karbon dioksit yakalanması için geleneksel olarak kullanılan sulu amin çözeltilerinin yüksek enerji gereksinimleri, çözücü kayıpları ve düşük CO2 yükleme kapasiteleri gibi önemli dezavantajları vardır. Son yıllarda geliştirilen iyonik sıvılar ve karbon dioksit tutan organik sıvılar `CO2-TOS' amin sistemlerine bir alternatif teşkil etmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, iyonik sıvı ve CO2-TOS'lardan oluşan hibrit sistemlerin CO2 absorpsiyon performansları ve absorpsiyon hızları incelenmiştir.Daha önce literatürde hiçbir çalışma yapılmamış bu hibrit sistemlerin endüstriye uygulanması durumunda, absorpsiyon performanslarının ve başlangıç absorpsiyon hızlarının incelenmesi önemli bilgiler sağlamış olacaktır. Bu kapsamda, iyonik sıvı olarak 1-etil, 3-metil imidazoliyum bis(triflorometilsülfonil)imid ([emim][Tf2N]) ile organik baz olarak 1,8-diazabisiklo[5.4.0]undec-7-en (DBU) ve 1,1,3,3-tetrametilguanidin (TMG) içeren çözeltiler 1-hekzanol ortamında hazırlanmıştır. Farklı kütlece yüzdelere sahip iyonik sıvı, TMG ve DBU içeren hibrit sistemlerin CO2 yakalama kapasiteleri ve başlangıç absorpsiyon hızları hesaplanmış, kütlece yüzde değişiminin bu hesaplamalara etkisi tartışılmıştır.Çalışmanın bir diğer kapsamında bu hibrit sistemlerin tekrarlanabilir kullanımları için döngüsel absorpsiyon-desorpsiyon işlemleri gerçekleştirilmiş ve olası performans kayıpları tartışılmıştır. İyonik sıvılar, döngüsel performans kayıplarını azaltmış ve çözeltilerin tekrar tekrar kullanılabilirliğini sağlamıştır. Bu analizin yanında, başlangıç absorpsiyon hızlarının birinci derecemsi kimyasal reaksiyonlu absorpsiyon eşitliğine uygunluğu tartışılmıştır. Artan DBU ve TMG yüzdesinin absorpsiyon hızını arttırdığı tespit edilmiştir.Bu çalışma sonunda iyonik sıvıların termal kararlıkları sayesinde bu sistemdeki çözelti kayıplarına azaltmaya yönelik katkıda bulunduğu tespit edilmiş, TMG ve DBU'nun ise absorpsiyon kapasitesini ve hızını arttırdığı bulunmuştur.

Traditional sour gas absorber agents like aqueous amine solutions for carbon capture have many inherent drawbacks such as high energy demand, solvent losses, low CO2 loading capacity and corrosion. In recent years, development of novel solutions such as ionic liquids and carbon dioxide binding organic liquids `CO2-BOLs? provided alternatives to amine based scrubbing. In this work, carbon dioxide absorption performance and absorption rate of hybrid solutions consisting of ionic liquids and CO2-BOLs have been investigated.Those findings will provide supportive information for potential implementation of this novel solvent technology to current carbon capture industry. In this scope, as an ionic liquid, 1-ethly-3-methlyimidazolium bis(trifluorosulfonly)imide and as an organic base 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU) and 1,1,3,3-tetramethlyguanidine (TMG) have been blended in 1-hexanol medium. In order to evaluate the effect of DBU, TMG and the ionic liquid, the hybrid solutions containing 4 different concentrations of organic base and ionic liquid mixtures were prepared and the absorption capacities and initial absorption rates have been calculated.Also, reusability and performance loss of hybrid solutions were investigated under sequential absorption-desorption cycles. Ionic liquids have reduced performance losses during these cycles and increased the reusability of hybrid solutions. Beyond these analyses, the coherence of the initial absorption rates and pseudo first order chemical absorption equation has been assessed and it was reported that the hybrid solutions agreed with this equation.Finally, thanks to high thermal stabilities of ionic liquids, that reduced the solvent losses greatly. On the other hand, TMG and DBU increased the absorption capacity and initial absorption rate.