بررسی عملکرد نانوکامپوزیت KO2 / فایبرگلاس در تأمین O2 و حذف CO2 در محیطهای تنفسی بسته انسان

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

مجتمع شیمی و مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

چکیده

نانوکامپوزیت پتاسیم سوپراکسید-فایبرگلاس به عنوان منبع شیمیایی تامین اکسیژن و حذف دی اکسید کربن است که می تواند در سیستم های احیا هوای تنفسی انسان مورداستفاده قرار گیرد. نانوذرات سوپراکسید پتاسیم (KO2) به عنوان بخشی از نانوکامپوزیت با استفاده از روش الکترو هیدرودینامیکی (EHD) سنتز شده و به عنوان قسمت دوم نانوکامپوزیت بر روی الیاف پشم شیشه پوشانده شده است. برای بررسی مورفولوژی نانوکامپوزیت سنتز شده (KO2-فایبرگلاس) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی انتشار میدانی (FESEM) استفاده شد. نتایج نشان داد که نانوکامپوزیت KO2- فایبرگلاس به دست آمده توسط EHD دارای ساختار یکنواخت در ابعاد نانومتر است. برای شبیه سازی تولید اکسیژن و حذف دی اکسید کربن از نانوکامپوزیت ، یک سیستم شبیه ریه انسان (HLLS) طراحی و ساخته شد. مطالعات تجربی در HLLS راه اندازی شده، تحت رطوبت مختلف انجام شد و اثر رطوبت به تغییرات غلظت اکسیژن و دی اکسید کربن مورد بررسی قرار گرفت. در نتیجه ، مطالعه داده ها نشان داد که نانوکامپوزیت فایبرگلاس KO2 عملکرد مناسبی به عنوان احیا هوا دارد زیرا میزان اکسیژن را تا 29.4 درصد افزایش می دهد. همچنین ، میزان دی اکسید کربن را به نصف می رساند که دو برابر سریعتر از نمونه های تجاری KO2 (در 60 دقیقه) کاهش می دهد. علاوه بر این ، مقدار بیشتر رطوبت (85٪) ، به عنوان کاتالیزور ، باعث افزایش میزان حذف CO2 و تولید O2 می شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation the performance of KO2/fiberglass nanocomposite in O2 supply and CO2 removal in closed human respiratory environments

نویسندگان [English]

  • rahil shokouhian
  • Manoochehr Fathollahi
  • Seyed Ghorban Hosseini
  • Seyed Hadi Motamed alsariati
Chemistry and Chemical Engineering Complex, Malik Ashtar University of Technology, Tehran
چکیده [English]

Potassium superoxide-fiberglass nanocomposite is as chemical oxygen sources and carbon dioxide removal that can be used in human air revitalization systems. The potassium superoxide (KO2) nanoparticles as a part of nanocomposite was synthesized by electrohydrodynamic (EHD) method and coated on the fiberglass support as the second part of the nanocomposite. To investigate morphology of synthesized nanocomposite (KO2-fiberglass), field emission scanning electron microscopy (FESEM) was employed. The results showed that KO2-fiberglass nanocomposite obtained by EHD has uniform structure in nanometer dimension. To simulate oxygen generation and carbon dioxide removal of nanocomposite, a human like lung simulated (HLLS) set up was designed and made. Experimental studies in the HLLS set up was performed under different humidity and effect of humidity was investigated to the changes of oxygen and carbon dioxide concentration. Consequently, studying of data showed that KO2-fiberglass nanocomposite has suitable performance as air revitalization because increases oxygen amounts up to 29.4 percentage. Also, it decreases carbon dioxide amount to the half, twice faster than of commercial KO2 samples (in 60min). Moreover, higher amount of humidity (85%), as catalyst, causes increasing rate of CO2 removal and O2 generation

کلیدواژه‌ها [English]

  • Respiratory air revitalization
  • Potassium superoxide/fiberglass nanocomposite
  • Oxygen generation
  • Carbon dioxide removal

مراجع

[1]        N. F. Gladyshev, T. V Gladysheva, S. I. Dvoretskii, S. B. Putin, M. A. Ul’yanova, and A. Ferapontov Yu, Moscow, Mashinostroenie-1 Publ, 2 (2007) 12.
[2]        Y. A. Ferapontov, M. A. Ul’yanova, and T. V Sazhneva, Russ. J. Appl. Chem. 82 (2009) 826.
[3]        N. F. Gladyshev et al.,  Russ. J. Gen. Chem. 84 (2014) 2353.
[4]        Y. Li and Y. Liu, Int. J. Occup. Environ. Health, 20 (2014) 207.
[5]        S. Wang, T. Zhang, and L. Jin, Indoor Built Environ. 28 (2019) 599.
[6]        N. Gao, H. Hu, X. Huang, L. Zhou, L. Fan, J. Min. Sci. Technol. 25 (2015) 151.
[7]        L.-Z. Jin, S. Wang, S.-C. Liu, and Z. Zhang, Combust. Sci. Technol. 187 (2015) 1229
[8]        M. A. Machado, D. A. Rodriguez, Y. Aly, M. Schoenitz, E. L. Dreizin, and E. Shafirovich, Combust. Flame, 161 (2014) 2708.
[9]        E. Shafirovich, C. Zhou, S. Ekambaram, A. Varma, G. Kshirsagar, and J. E. Ellison,  Ind. Eng. Chem. Res. 46 (2007) 3073.
[10]      J. O. Stull and M. G. White, Toxicol. Environ. Chem. 10 (1985) 133.
[11]      J. O. Stull, M. G. White, Toxicol. Environ. Chem. 10 (1985) 133.
[12]      J. Li, L. Z. Jin, S. Wang, Z. Zhang, Y. Xu, and Q. K. Li, Advanced Materials Research 726 (2013) 363.
[13]      A. W. Petrocelli, Superoxides of the Alkali and Alkaline Earth Metals, 1st ed., Springer (1966) pp. 91.
[14]      S. V Mishchenko, P. V Balabanov, and A. A. Krimshtein, Theor. Found. Chem. Eng. 48 (2014) 306.
[15]      A. Khawam, D.R. Flanagan, J. Phys. Chem. B, 109 (2005) 10073
[16]      E. I. Trushliakov, “Indoor air comfort for human life support in living compartments of manned submersibles,” SAE Technical Paper, 2006.
[17]      M. Bamsey Adv. Sp. Res. 44 (2009) 151.
[18]      J. H. Kim, Y. Park, and S. K. Jeong, Korean J. Chem. Eng. 27 (2010) 320
[19]      S. G. Hosseini, M. Fathollahi, S. H. Motamedalshariaty, and R. Shokouhian, J. Electrostat. 108 (2020) 103522.
[20]      Y. Zheng, M. Thiruvengadam, H. Lan, and C. J. Tien, Int. J. Min. Sci. Technol. 25 (2015) 927.
[21]      K. J. Laidler, J. Chem. Educ.  61 (1984) 6.
[22]      M. Fathollahi and H. Behnejad, J of Applied Chemistry 10 (1394) 85, in Persian
[23]      J. Šesták and G. Berggren, Thermochim. Acta 3 (1979) 1.
[24]      W. Hesse, M. Jansen, and W. Schnick, Prog. solid state Chem. 19 (1989) 47.
[25]      I. I. Vol’nov and A. W. Petrocelli, Peroxides, superoxides, and ozonides of alkali and alkaline earth metals. Springer (1966) pp. 25
[26]      K. R. Ward, G. S. Huvard, M. McHugh, R. R. Mallepally, and R. Imbruce, Respir. Care. 58 (2013) 184.
[27]      S. Hui and C. Lin, Environ. Sci. Manag. 31 (2006) 79.
شیمى کاربردى روز
دوره 15، شماره 57
دی 1399
صفحه 65-78

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار