Субекти
Резюме
Въведение
Емисиите на въглероден диоксид (CO2) и връзката му със зелените газове и изкопаемите горива са във фокуса на голямо внимание в медиите, научните и обществените общности 1. Търсенето на енергия в световен мащаб непрекъснато нараства и въпреки че се полагат големи усилия за намиране на алтернативни енергийни източници, повече от 85% от световното потребление на енергия е свързано с изкопаеми горива 2,3. Около 7 хиляди милиона тона парникови газове (ПГ) се изхвърлят приблизително в атмосферата.
Предварителното горене обикновено се прилага за условия, при които синтез газ (синтетичен газ) се получава при високо налягане и високо съдържание на CO2 1. Отделянето на CO2 от такъв поток се получава по-добре, от гледна точка на термодинамиката и енергийната интензивност, в сравнение с обработката след изгаряне. Тъй като такива приложения се занимават с потоци с висока температура и високо налягане, силно се изисква идентифициране на материали, способни да постигнат високо разделяне при екстремни условия 9,10 .
Твърдата сорбентна технология предлага жизнеспособна алтернатива за улавяне на CO2 за преодоляване на някои от изискванията за енергия и регенерация, свързани с традиционното поглъщане на CO2 на базата на амин 11. Съобщава се, че твърдите адсорбенти имат по-ниски енергийни нужди за регенерация, по-добра селективност на адсорбционния капацитет 12,13. Съвсем наскоро се съобщава за зеолити, йонни течности, метални органични конструкции (MOF), известни също като порести динационни полимери 14, ковалентни органични рамки 15 и други материали с различна степен на успех при улавяне и отстраняване на CO2 при различни работни условия. Използването на твърди адсорбенти е мотивирано от намалените им разходи за регенерация и активиране и може да се прецени въз основа на селективността на материала, стабилността, разходите и лекотата на регенерация. В допълнение, контролирането на оразмеряването на порите и функционализирането на адсорбента са докладвани като два от най-важните фактори, влияещи върху отделянето и поемането на газ 16. Тъй като последващото изгаряне изисква разделянето да се извършва при по-високи налягания и повишена температура, от съществено значение е да се намерят твърди адсорбенти, които могат да улавят CO2 при такива екстремни обстоятелства при много работни цикли .
Belmabkhout 12 прегледа редица физически адсорбенти за отстраняване на CO2 и въздействието на променливите върху следите от отстраняването на CO2. Авторите подчертават, че енергиите на адсорбция са важен фактор за избора на потенциален мезопорест твърд материал при адсорбцията на CO2. Високата селективност е жизненоважна при приложения със смесен газ в допълнение към солидната термична и механична стабилност и икономическа ефективност 12. Наскоро от различни адсорбенти HUMs е силно проучен 18. Разнообразие от HUMs са на разположение за много различни приложения. Що се отнася до адсорбцията на CO По принцип усъвършенстваните физизорбенти, способни да отстраняват CO2 от многокомпонентни газови потоци, имат потенциала да предложат нов клас материали, които могат да имат голямо положително въздействие върху технологията за улавяне на CO2.
Материали и методи
Всички материали и реактиви, използвани с висока чистота, доставени от Sigma-Aldrich и използвани без модификации. Газовете също са с висока чистота и изследователски клас, доставени от Buzwair Inc. Катар.
Синтез на сорбент
Примерна характеристика
Термичните стабилности на всички проби бяха проведени с помощта на термогравиметричен анализ (TGA анализатор, Perkin Elmer Pyris 6). Пробите от около 0,1 g се нагряват от околната температура до 700 ° С при скорост от 10 ° C/min нагряване под атмосфера N2 25. Термограмите се записват за всеки от сорбентите.
Адсорбцията на N2 газ се извършва при 77 K, като се използва течен азот. Всички проби се дегазират за минимум 3 часа преди характеризиране при 150 ° С под вакуум. Анализът на адсорбция-десорбция е извършен за трите изследвани проби. Методът Brunauer-Emmett-Teller (BET) е използван за провеждане на микропорометричното характеризиране на пробите с помощта на ASAP 2420 анализатор на повърхността и порьозността (Micromeritics, Германия). Моделът BET е използван за анализ на повърхността спрямо относителното налягане на системата (P/Po). Разпределението на порите по размер беше получено по метода на Barrett-Joyner-Halenda (BHJ) 25,26 .
Прахова рентгенова дифракция (XRD). Дифрактограмите са записани на Bruker D2 Phaser с обхват между 2 ° -75 ° над 2 Theta (2θ). Освен това, инфрачервените спектри на Фурие за трансформация (FTIR) (с използване на Bruker Vertex 80) за трите сорбента бяха проведени в диапазона 4000–400 cm -1 .
Експерименти с адсорбция на CO2 под високо налягане
Схема на магнитно окачване с високо налягане (Rubotherm).