Amiinipohjaiset adsorbentit

Jotkut ammoniumioneja sisältävät orgaaniset aineet tai polymeerit voivat yhdistyä kemiallisesti happamien CO2-molekyylien kanssa alemmissa reaktiolämpötiloissa ja siksi niitä voidaan käyttää CO2:n adsorption talteenottoon. Niiden etuna on suuri kapasiteetti alhaisissa CO2-osallisissa paineissa (10 %-15 %), alhainen regenerointilämpötila (<100 °C) and less equipment corrosion. The adsorption characteristics of amine-based adsorbents are related to factors such as amine loading, amine type, amine site density, amine molecular size on the solid support, and CO2 partial pressure. Since the adsorption performance of rich amine adsorbents is mainly based on chemical adsorption, their poor thermal regeneration ability remains a major disadvantage. A combined strategy was used to develop an ultra-stable amine-containing solid adsorbent that only lost 8.5% of its adsorption capacity even after aging for 30 days in O2-containing flue gas at 110 °C.

Polyetyleeni-imiini (PEI) kyllästettiin huokoiseen Si02:een amiinia sisältävän adsorbentin valmistamiseksi. Adsorbentin ulkopinnalla oleva PEI alkyloitiin selektiivisesti epoksidilla amiinipohjaisen CO2-adsorbentin syntetisoimiseksi, jolla on korkea SO2-resistenssi. C02:n adsorptiokyky simuloiduissa savukaasuolosuhteissa (60 astetta, 15 % CO2, 10 % H2O, 2 % Ar ja loppukaasu N2) saavutti 139,48 mg/g. 50 ppm S02-konsentraation olosuhteissa adsorptiokyky menetti vain 8,52 % 1000 syklin jälkeen, mikä osoittaa hyvää stabiilisuutta. HBS oksastettiin amiineilla vedettömissä ja vesipitoisissa olosuhteissa. Kuivissa olosuhteissa 25 °C:ssa, käyttämällä ympäröivää ilmaa, joka sisälsi 415 ppm C02:ta, dynaaminen adsorptiokapasiteetti saavutti arvon 1,04 mmol/g. Amiinipohjaisten adsorbenttien suorituskykyyn vaikuttaa amiinin tyyppi, latausmäärä ja molekyylipaino. Li et ai. kyllästetty PEI nano-SiO2:ksi tuottaakseen PEI-SiO2-adsorbentin, jolla on korkea lämpöstabiilisuus.

Tutkimuksessa havaittiin, että haarautuneen PEI:n adsorptiokapasiteetti oli 202 mg/g suurempi kuin lineaarisella PEI:llä. Kuormituksen ja molekyylipainon vaikutuksia tutkittiin. Liian korkea tai liian alhainen amiinikuormitus ei edistänyt adsorptiokapasiteetin kasvua. PEI-SiO2-adsorbentit, joilla oli pienempi PEI-kuormitus ja molekyylipaino, osoittivat erinomaista adsorptiokinetiikkaa. Myös kantaja-aineen rakenne ja koostumus vaikuttavat adsorptioprosessiin. Monet tutkimukset ovat keskittyneet amiinipohjaisten adsorptioaineiden adsorptiokyvyn parantamiseen modifioimalla SiO2:ta. CO2-adsorptionopeutta parannettiin muuttamalla rakennetta ja syntetisoitiin mesohuokoisia SiO2-nanopalloja, joissa oli käänteinen kartiohuokosrakenne. Materiaalin adsorptiokyky kasvoi 50 %, ja myös adsorptio- ja desorptioenergia väheni. Tämä tarkoittaa, että adsorbentilla on parempi dynaaminen rakenne. Suuret pintahuokoset edistävät kaasumolekyylien sisään- ja ulostuloa, ja suuri huokostilavuus tarjoaa enemmän tilaa diffuusiolle.

Käyttämällä yksittäistä templaattia ja kaksinkertaista templaattireittiä bimodaalisen ja trimodaalisen SiO2:n syntetisoimiseksi kantajamateriaaleina, bimodaalisen SiO2:n adsorptiokapasiteetti voi saavuttaa 350 mg/g, kun taas trimodaalisen SiO2:n adsorptiokapasiteetti voi olla 215 mg/g. Li et ai. käytti metallinitraatteja amorfisen nano-SiO2:n modifiointiin. Tutkimuksessa havaittiin, että AI:lla, Zn:llä ja Mg:llä modifioidulla kiinteällä amiiniadsorbentilla on parempi stabiilisuus. 50 adsorptiosyklin jälkeen vain 2,6 % - 28,8 % alkuperäisestä CO2-adsorptiokapasiteetista hävisi, kun taas alkuperäinen kiinteä amiiniadsorptioaine menetti 42,9 %.