مطالعه سينتيكي و ترموديناميكي جذب آسفالتين بر روي نانوذرات زئوليت ZSM-5

Kinetics and thermodynamic studies of asphaltene adsorption onto Zeolite ZSM-5 nanoparticles

آسفالتين يكي از تركيبات موجود در نفت خام با سنگين‌ترين كسر مي‌باشد كه اين ويژگي سبب ته‌نشين شدن و رسوب آن بر روي سنگ مخزن يا لوله‌هاي استخراج و انتقال مي‌شود. تاكنون روش‌هاي مختلفي براي جداكردن و يا حذف آن پيشنهاد شده است كه جذب آسفالتين با استفاده از نانوذرات يكي از كارآمدترين آنها است. به منظور بهينه‌سازي فرآيند جذب سطحي آسفالتين، اثر پارامترهايي همچون غلظت آسفالتين، پارامتر دما و ميزان جاذب بارگذاري شده (زئوليت ZSM-5) مورد بررسي قرار گرفتند. مشخصات فيزيكي و شيميايي جاذب نيز توسط SEM، XRD و FTIR بررسي گرديد. تصاوير SEM نشان داد كه نانوذرات تابوتي شكل زئوليتZSM-5 در جذب آسفالتين بسيار كارا بوده و بعد از جذب به صورت كلوخه در مي‌آيند. آناليزهاي XRD و FT-IR نيز حضور آسفالتين در زئوليت ZSM-5 را بعد از فرآيند جذب سطحي تأييد نمودند. داده‌هاي تعادلي با ايزوترم‌هاي لانگموير و فرندليچ براي اطلاع از هم‌دماي جذب، برازش شدند. نتايج به‌دست آمده نشان داد كه رفتار جذبي آسفالتين‌ بر روي زئوليتZSM-5 را مي‌توان با استفاده از هم‌دماي لانگموير بخوبي توصيف نمود. نتايج سينتيكي نشان دادند كه آسفالتين به سرعت و در مدت زمان كمتر از 2 ساعت جذب نانو ذرات زئوليت مي‌شوند. با مقايسه مدل هاي سينتيكي شبه مرتبه‌ي اول و شبه مرتبه ي دوم مي توان دريافت كه مدل سينتيكي شبه مرتبه‌ي دوم به خوبي رفتار سينتيكي جذب آسفالتين را بر روي نانو ذرات زئوليت ZSM-5 پيش‌بيني مي‌كند.

Asphaltene is one of the compounds in crude oil with the heaviest fraction, which causes it to settle and deposit on reservoir or extraction pipes. Various methods have been proposed for its severance or removal so far, as the adsorption of asphaltene using nanoparticles is one of the most efficient ones. The effects of parameters such as asphaltene concentration, temperature and the amount of adsorbent loaded (ZSM-5 zeolite) were investigated in order to optimize the adsorption process of asphaltenes. The physical and chemical properties of the adsorbents were also investigated by SEM, XRD and FTIR. SEM images showed that the ZSM-5 zeolite nanoparticles are highly efficient in adsorption of asphaltene and become agglomerated after adsorption. XRD and FT-IR analyzes also confirmed the presence of asphaltene in the ZSM-5 zeolite after the adsorption process. The equilibrium data were fitted with the Langmuir and Freundlich isotherms to know the adsorption isotherm. The results showed that the adsorption behavior of asphaltene on ZSM-5 zeolite can be well described using Langmuir isotherm. The kinetic results showed that the asphaltenes were rapidly adsorbed to the zeolite in less than 2 hours. By comparing the pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic models, it can be concluded that the pseudo-second-order kinetic model well predicts the kinetic behavior of asphaltene adsorption on ZSM-5 zeolite nanoparticles.