Адсорбенты на основе аминов

Некоторые органические вещества или полимеры, содержащие ионы аммония, могут химически соединяться с кислыми молекулами CO2 при более низких температурах реакции и поэтому могут использоваться для адсорбционного улавливания CO2. Их преимущества заключаются в высокой производительности при низких парциальных давлениях CO2 (10%-15%), низких температурах регенерации (<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.

Полиэтиленимином (ПЭИ) пропитывали пористый SiO2 для приготовления аминосодержащего адсорбента. ПЭИ на внешней поверхности адсорбента был селективно алкилирован эпоксидом для синтеза адсорбента CO2 на основе амина с высокой устойчивостью к SO2. Адсорбционная способность CO2 в моделируемых условиях дымового газа (60 градусов, 15% CO2, 10% H2O, 2% Ar и балансовый газ N2) достигла 139,48 мг/г. При концентрации SO2 50 ppm адсорбционная способность потеряла всего 8,52% после 1000 циклов, демонстрируя хорошую стабильность. HBS прививали аминами в безводных и водных условиях. В сухих условиях при 25 градусах с использованием окружающего воздуха, содержащего 415 частей на миллион CO2, динамическая адсорбционная способность достигала 1,04 ммоль/г. На эффективность адсорбентов на основе амина влияют тип, количество загрузки и молекулярная масса амина. Ли и др. импрегнировали ПЭИ в нано-SiO2 для получения адсорбента ПЭИ-SiO2 с высокой термической стабильностью.

Исследование показало, что разветвленный ПЭИ имел более высокую адсорбционную емкость - 202 мг/г, чем линейный ПЭИ. Были изучены эффекты загрузки и молекулярной массы. Слишком высокая или слишком низкая загрузка амина не способствовала увеличению адсорбционной способности. Адсорбенты PEI-SiO2 с более низким содержанием PEI и молекулярной массой показали отличную кинетику адсорбции. Структура и состав материала носителя также влияют на процесс адсорбции. Многие исследования были сосредоточены на улучшении адсорбционных характеристик адсорбентов на основе аминов путем модификации SiO2. За счет изменения структуры была увеличена скорость адсорбции CO2 и синтезированы мезопористые наносферы SiO2 со структурой пор обратного конуса. Адсорбционная емкость материала увеличилась на 50%, а также снизилась энергия адсорбции и десорбции. Это означает, что адсорбент имеет лучшую динамическую структуру. Большие поверхностные поры более способствуют входу и выходу молекул газа, а большой объем пор обеспечивает больше места для диффузии.

Используя одинарный и двойной шаблонный маршрут для синтеза бимодального и тримодального SiO2 в качестве материалов-носителей, адсорбционная емкость бимодального SiO2 может достигать 350 мг/г, а адсорбционная емкость тримодального SiO2 может достигать 215 мг/г. Ли и др. использовали нитраты металлов для модификации аморфного нано-SiO2. В результате исследования установлено, что твердый аминный адсорбент, модифицированный Al, Zn и Mg, обладает лучшей стабильностью. После 50 циклов адсорбции было потеряно лишь от 2,6% до 28,8% исходной способности адсорбции CO2, в то время как исходный твердый аминный адсорбент потерял 42,9%.