Adsorbenty na bázi aminů

Některé organické látky nebo polymery obsahující amonné ionty se mohou chemicky slučovat s kyselými molekulami CO2 při nižších reakčních teplotách a lze je proto použít pro adsorpční zachycení CO2. Mají výhody vysoké kapacity při nízkých parciálních tlacích CO2 (10 %-15 %), nízkých teplotách regenerace (<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.

Polyethylenimin (PEI) byl impregnován do porézního Si02 za účelem přípravy adsorbentu obsahujícího amin. PEI na vnějším povrchu adsorbentu byl selektivně alkylován epoxidem, aby se syntetizoval adsorbent CO2 na bázi aminu s vysokou odolností vůči SO2. Adsorpční kapacita CO2 za simulovaných podmínek spalin (60 stupňů, 15 % CO2, 10 % H2O, 2 % Ar a bilance plynu N2) dosáhla 139,48 mg/g. Za podmínek koncentrace 50 ppm SO2 ztratila adsorpční kapacita pouze 8,52 % po 1000 cyklech, což ukazuje dobrou stabilitu. HBS byl roubován aminy za bezvodých a vodných podmínek. Za suchých podmínek při 25 stupních za použití okolního vzduchu obsahujícího 415 ppm CO2 dosáhla dynamická adsorpční kapacita 1,04 mmol/g. Účinnost adsorbentů na bázi aminu je ovlivněna typem, množstvím náplně a molekulovou hmotností aminu. Li a kol. impregnovaný PEI do nano-SiO2 za vzniku adsorbentu PEI-SiO2 s vysokou tepelnou stabilitou.

Studie zjistila, že rozvětvený PEI měl vyšší adsorpční kapacitu 202 mg/g než lineární PEI. Byly studovány účinky zatížení a molekulové hmotnosti. Příliš vysoké nebo příliš nízké množství aminu nevedlo ke zvýšení adsorpční kapacity. Adsorbenty PEI-SiO2 s nižším obsahem PEI a molekulovou hmotností vykazovaly vynikající adsorpční kinetiku. Struktura a složení nosného materiálu také ovlivňují proces adsorpce. Mnoho studií se zaměřilo na zlepšení adsorpčního výkonu adsorbentů na bázi aminů modifikací SiO2. Rychlost adsorpce CO2 byla zvýšena změnou struktury a byly syntetizovány mezoporézní nanosféry SiO2 se strukturou inverzního kužele. Adsorpční kapacita materiálu se zvýšila o 50 % a také se snížila adsorpční a desorpční energie. To znamená, že adsorbent má lepší dynamickou strukturu. Velké povrchové póry jsou příznivější pro vstup a výstup molekul plynu a velký objem pórů poskytuje více prostoru pro difúzi.

Použitím jednoduchých templátových a dvojitých templátových cest k syntéze bimodálního a trimodálního SiO2 jako nosných materiálů může adsorpční kapacita bimodálního SiO2 dosáhnout 350 mg/g, zatímco adsorpční kapacita trimodálního SiO2 může dosáhnout 215 mg/g. Li a kol. použil dusičnany kovů k modifikaci amorfního nano-SiO2. Studie zjistila, že pevný aminový adsorbent modifikovaný Al, Zn a Mg má lepší stabilitu. Po 50 adsorpčních cyklech se ztratilo pouze 2,6 % až 28,8 % původní adsorpční kapacity CO2, zatímco původní pevný aminový adsorbent ztratil 42,9 %.