Adsorbenty na bazie amin

Niektóre substancje organiczne lub polimery zawierające jony amonowe mogą chemicznie łączyć się z kwaśnymi cząsteczkami CO2 w niższych temperaturach reakcji i dlatego można je stosować do wychwytywania adsorpcji CO2. Mają zalety dużej wydajności przy niskim ciśnieniu cząstkowym CO2 (10%-15%), niskich temperaturach regeneracji (<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.

Polietylenoiminę (PEI) impregnowano w porowatym SiO2 w celu wytworzenia adsorbentu zawierającego aminę. PEI na zewnętrznej powierzchni adsorbentu został selektywnie alkilowany epoksydem w celu syntezy adsorbentu CO2 na bazie aminy o wysokiej odporności na SO2. Zdolność adsorpcji CO2 w symulowanych warunkach gazów spalinowych (60 stopni, 15% CO2, 10% H2O, 2% Ar i gaz równoważący N2) osiągnęła 139,48 mg/g. Przy stężeniu SO2 wynoszącym 50 ppm zdolność adsorpcji spadła jedynie o 8,52% po 1000 cyklach, co świadczy o dobrej stabilności. HBS szczepiono aminami w warunkach bezwodnych i wodnych. W suchych warunkach w temperaturze 25 stopni, przy użyciu otaczającego powietrza zawierającego 415 ppm CO2, dynamiczna zdolność adsorpcji osiągnęła 1,04 mmol/g. Na działanie adsorbentów na bazie amin wpływa rodzaj, ilość ładunku i masa cząsteczkowa aminy. Li i in. impregnowano PEI w nano-SiO2 w celu wytworzenia adsorbentu PEI-SiO2 o wysokiej stabilności termicznej.

Badanie wykazało, że rozgałęziony PEI miał wyższą zdolność adsorpcji wynoszącą 202 mg/g niż liniowy PEI. Badano wpływ obciążenia i masy cząsteczkowej. Zbyt duże lub zbyt małe obciążenie aminami nie sprzyjało wzrostowi zdolności adsorpcyjnej. Adsorbenty PEI-SiO2 o niższym obciążeniu PEI i masie cząsteczkowej wykazywały doskonałą kinetykę adsorpcji. Struktura i skład materiału nośnego również wpływają na proces adsorpcji. Wiele badań skupiało się na poprawie wydajności adsorpcji adsorbentów na bazie amin poprzez modyfikację SiO2. Zwiększono szybkość adsorpcji CO2 poprzez zmianę struktury i zsyntetyzowano mezoporowate nanosfery SiO2 o strukturze porów odwróconego stożka. Zdolność adsorpcyjna materiału wzrosła o 50%, a energia adsorpcji i desorpcji również uległa zmniejszeniu. Oznacza to, że adsorbent ma lepszą strukturę dynamiczną. Pory o dużej powierzchni lepiej sprzyjają wejściu i wyjściu cząsteczek gazu, a duża objętość porów zapewnia więcej miejsca na dyfuzję.

Wykorzystując szlaki z pojedynczą i podwójną matrycą do syntezy bimodalnego i trimodalnego SiO2 jako materiałów nośnikowych, zdolność adsorpcji bimodalnego SiO2 może osiągnąć 350 mg/g, podczas gdy zdolność adsorpcji trimodalnego SiO2 może osiągnąć 215 mg/g. Li i in. wykorzystali azotany metali do modyfikacji amorficznego nano-SiO2. Badanie wykazało, że stały adsorbent aminowy modyfikowany Al, Zn i Mg ma lepszą stabilność. Po 50 cyklach adsorpcji utracono jedynie 2,6% do 28,8% pierwotnej zdolności adsorpcji CO2, podczas gdy pierwotny stały adsorbent aminowy stracił 42,9%.