بررسي اثر گروه عاملي كربوكسيلات موجود بر نانولوله هاي كربني تكجداره در فرايند تشكيل هيدرات گاز طبيعي

The role of carboxylate functional groups on the performance of single-walled carbon nanotubes in the process of natural gas hydrate

در اين تحقيق فرايند تشكيل هيدرات گاز طبيعي در حضور نانولوله كربني تك جداره خالص و عاملدار شده به منظور بررسي اثر عاملدار كردن نانوذرات مطالعه گرديد. براي اين منظور ابتدا گروه هاي عاملي كربوكسيلاتي طي فرايند اكسيداسيون در محيط اسيدي بر سطح نانولوله هاي كربني پيوند خورده و وضعيت نانوساختاري و كريستاليتي آن توسط آناليزهاي XRD، FTIR، BET و تصاوير SEM بررسي شد. سپس نانوسيالات پايداري حاوي نانولوله كربني تك جداره و عاملدار شده با غلظت 1% وزني تهيه و در فرايند تشكيل هيدرات گازي در فشار psig 1000 و دماي 4 درجه سانتي گراد استفاده شد. نتايج حاصل نيز با دو نمونه شاهد حاوي آب خالص و مخلوط آب/سورفكتنت مقايسه شد. نتايج حاكي از آن است كه گروه هاي عاملي كربوكسيلاتي با افزايش تخلخل در ساختار كربني و ايجاد پايداري مناسب در سيال ضمن عدم نياز به سورفكتنت داراي اثر مناسبي در زمان انحلال گاز، فرايند القا و نحوه رشد هيدرات گازي داشته و درنتيجه ضمن افزايش ظرفيت ذخيره سازي موجب پايداري بيشتر هيدرات تشكيل يافته مي شوند. بطوريكه زمان فرايند انحلال را 72/6%و زمان فرايند القا را تا 78/9% كاهش داده و مقدار ذخيره سازي گاز را 69/6% افزايش داده است. همچنين مشاهده شد پايداري هيدرات تشكيل شده در حضور نانولوله كربني تك جداره عاملدار شده 44/9% بيشتر از آب مي باشد لذا استفاده از آن به عنوان راه كاري مناسب در راستاي كاهش و رفع محدويت هاي موجود براي فرايند هيدرات پيشنهاد مي شود.

Abstract In this research, process of natural gas hydrate formation was studied in the presence of pure and functionalized single-walled carbon nanotubes to determine the effect of nanoparticles functionalization. For this purpose, first carboxylate functional groups linked on the surface of carbon nanotubes during the process of oxidation in acidic media. Then the structure of CNT was evaluated by XRD, FTIR, BET and SEM images. Then stable nanofluids prapred include 1 functionalized CNT and used in gas hydrate process at 1000 psig and 4°C. The results were compared with two blanks of water and water/surfactant. The results shown that Carboxylate groups have good effect on dissolution time, Induction time and growth of gas hydrate by increasing porosity of the carbon structure and creation of appropriate stability of fluid. So formed hydrates has more stability and high storage capacity. In fact, dissolution and time induction reduced to 72.9 and 78.9 respectivity than blank and storage capacity increased 69.6.It was also observed the stability of hydrate formation 44.9 increased in the presence of functionalized CNT. Therefore, it was recommended in order to reduce and eliminate existing constraints of hydrate process.