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Adsorption of sulfur dioxide in carbon nanotubes - gravimetric experiment and molecular dynamics simulation

Kühl, Frank G. :
Adsorption of sulfur dioxide in carbon nanotubes - gravimetric experiment and molecular dynamics simulation.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2018)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Adsorption of sulfur dioxide in carbon nanotubes - gravimetric experiment and molecular dynamics simulation
Language: English
Abstract:

In this work, isothermal adsorption of sulfur dioxide (SO2) and nitrogen (N2) at carbon nanotubes (CNTs) is studied in molecular dynamics simulation and gravimetric experiments in the temperature range from 0°C to 125°C and the pressure range from vacuum to 80bar. The results are compared to each other and are in good agreement if the simulational data is adjusted by a scaling factor which is tied to the BET surface area of the respective CNTs.

In simulation, single-walled CNTs in a diameter range of 1.48nm to 10.77nm are regarded. Additionally, graphene was simulated in the two gas atmospheres. For a CNT(20/20) mixtures of SO2 and N2 were also studied and show a high attraction for SO2.

Adsorption experiments with multi-walled CNTs, single-walled CNTs and vertically aligned CNTs in SO2 show adsorbed amounts up to 22.7mmol/g. For N2 experiments the adsorbed amount is up to 1.49 mmol/g. From the adsorption isotherms heats of adsorption are derived. For SO2 data the heats of adsorption are in the range between 18 and 30 kJ/mol. For N2 data the heats of adsorption are in the range between 9 and 19kJ/mol. Evaluations of adsorption isotherms from simulation deliver comparable heats of adsorption.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In der vorliegenden Arbeit wird die isotherme Adsorption von Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoff (N2) an Carbon Nanotubes (CNTs) mittels molekulardynamischer Simulation und gravimetrischer Experimente im Temperaturbereich von 0°C bis 125°C und Drücken im Bereich vom Vakuum bis zu 80bar untersucht. Die Ergebnisse aus Simulation und Experiment werden miteinander verglichen und zeigen eine gute Übereinstimmung, wenn die Simulationsergebnisse mit einen Skalierungsfaktor versehen werden, welcher mit der BET Oberfläche der entsprechenden CNTs verknüpft ist. In der Simulation werden single-walled CNTs in einem Durchmesserbereich von 1.48nm bis zu 10.77nm untersucht. Außerdem wurde Graphene in den beiden Gasatmosphären simuliert. Für eine CNT(20/20) wurden Gasgemische aus SO2 und N2 simuliert und untersucht. Es zeigt sich eine hohe Adsorptionsaffinität für SO2. Adsorptionsexperimente mit multi-walled CNTs, single-walled CNTs und vertically-aligned CNTs in SO2 zeigen Beladungen von bis zu 22.7mmol/g. Für N2 Experimente ist eine Beladung von bis zu 1.49mmol/g zu beobachten. Aus den gewonnen Adsorptionsisothermen wurden Adsorptionswärmen bestimmt. Für SO2 liegen die Adsorptionswärmen zwischen 18kJ/mol und 30kJ/mol. Für N2 liegen die Adsorptionswärmen zwischen 9kJ/mol und 19kJ/mol. Eine Auswertung der aus der Simulation gewonnen Adsorptionsisothermen liefert vergleichbare Adsorptionswärmen.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Chair of Thermal Process Engineering (TVT)
16 Department of Mechanical Engineering > Chair of Thermal Process Engineering (TVT) > Adsorption of gases on porous media
Date Deposited: 13 Dec 2018 10:36
Last Modified: 13 Dec 2018 10:36
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-81047
Referees: Hampe, Prof. Manfred J. and Schneider, Prof. Jörg J.
Refereed: 4 July 2018
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8104
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