Tính chất hấp thụ CO2 cao trên cấu trúc xốp ZSM-5 đã được cải thiện và biến đổi với ethylenediamine cùng đặc trưng giải hấp bằng sóng vi ba

Journal of Material Cycles and Waste Management - Tập 19 - Trang 394-405 - 2015
Amin Kalantarifard1, Amin Ghavaminejad2, Go Su Yang1
1Department of Environmental Engineering, Chonbuk National University, Jeonju, South Korea
2Department of Bionanosystem Engineering, Graduate School, Chonbuk National University, Jeonju, South Korea

Tóm tắt

Zeolite Socony Mobil-5 (ZSM-5) được tổng hợp với cấu trúc bề mặt lỗ lớn và được biến đổi bằng ethylenediamine đã được sử dụng để đạt được khả năng hấp thụ CO2 cao từ dòng khí. Ảnh hưởng của các kim loại kiềm thổ, granite, bentonite và tinh bột lên độ xốp và độ tinh thể của zeolite đã được nghiên cứu. Các mẫu tổng hợp đã được chuẩn bị được đặc trưng bởi SEM, EDX, XRD, sự hấp thụ/giải hấp N2, FT-IR và TGA. Khả năng hấp thụ amin tối đa trong zeolite tổng hợp đạt được là 450 mg/g zeolite. Trong quá trình thí nghiệm hấp thụ, không ghi nhận bất kỳ vấn đề nào do việc làm đầy các lỗ bề mặt của zeolite, điều này cho thấy có các kênh bên trong lớn hơn và lỗ được phân bố tốt trên bề mặt zeolite tổng hợp. Khả năng hấp thụ CO2 cao nhất đạt được là 6.13 mmol/g zeolite ZSM-5 tổng hợp. Năng lượng sóng vi ba đã được sử dụng để loại bỏ CO2 hấp thụ nhằm tái sử dụng hiệu quả các chất hấp phụ. Hiệu suất giải hấp đạt 100% cho các mẫu chứa 70% và 50% ethylenediamine sau 9 và 13 phút kích thích bằng sóng vi ba, trong khi tỷ lệ giải hấp tối đa đạt được là 60% cho mẫu chứa 10% ethylenediamine. Mẫu tổng hợp trong nghiên cứu này cho thấy kết quả hấp thụ amin cao dẫn đến khả năng hấp thụ CO2 cao hơn và giải hấp hoàn toàn khi sử dụng năng lượng sóng vi ba.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Lee SC, Kwon YM, Park YH, Lee WS, Park JJ, Ryu CK, Yi CK, Kim JC (2010) Structure effects of potassium-based TiO2 sorbents on the CO2 capture capacity. Top Catal 53(7–10):641–647. doi:10.1007/s11244-010-9499-3 Emissions of Greenhouse Gases in the United States (2003) Energy information administration, Washington, DC. ftp://Eia.doe.gov/pub/oiaf/1605/cdrom/pdf/ggropt/057303.pdf Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (2005) IPCC special report on carbon dioxide capture and storage. http://www.ipcc.ch Yue MB, Sun LB, Cao Y, Wang ZJ, Wang Y, Yu Q, Zhu JH (2008) Promoting the CO2 adsorption in the amine-containing SBA-15 by hydroxyl group. Microporous Mesoporous Mater 114(1–3):74–81. doi:10.1016/j.micromeso.2007.12.016 Folger P (2014) Carbon capture and sequestration research: research, development, and demonstration at the U.S. Department of Energy. http://www.crs.gov. Accessed 10 Feb 2014 Jadhav PD, Chatti RV, Biniwale RB, Labhsetwar NK, Devotta S, Rayalu SS (2007) Monoethanol amine modified zeolite 13X for CO2 adsorption at different temperatures. Energy Fuels 21(6):3555–3559. doi:10.1021/ef070038y Xu XL, Zhao XX, Sun LB, Liu XQ (2009) Adsorption separation of carbon dioxide, methane and nitrogen on monoethanol amine modified beta-zeolite. J Nat Gas Chem 18(2):167–172. doi:10.1016/S1003-9953(08)60098-5 Lee SC, Hsieh CC, Chen CH, Chen YS (2013) CO2 adsorption by Y-type zeolite impregnated with amines in indoor air. Aerosol Air Qual Res 13(1):360–366. doi:10.4209/aaqr.2012.05.0134 Song FJ, Zhao YX, Zhong Q (2013) Adsorption of carbon dioxide on amine-modified TiO2 nanotubes. J Environ Sci China 25(3):554–560. doi:10.1016/S1001-0742(12)60097-7 Mello MR, Phanon D, Silveira GQ, Llewellyn PL, Ronconi CM (2011) Amine-modified MCM-41 mesoporous silica for carbon dioxide capture. Microporous Mesoporous Mater 143(1):174–179. doi:10.1016/j.micromeso.2011.02.022 Ding Y, Alpay E (2001) High temperature recovery of CO2 from flue cases using hydrotalcite adsorbent. Process Saf Environ Prot 79:45–51. doi:10.1205/095758201531130 Aaron D, Tsouris C (2005) Separation of CO2 from flue gas: a review. Sep Sci Technol 40(1–3):321–348. doi:10.1081/SS-200042244 Summerfield IR, Dennison DJ, Davidson G (1993) Membrane development for the separation of H2 and CO2: Pd/Ag alloy membranes. Gas cleaning at high temperatures, pp 663–670. doi: 10.1007/978-94-011-2172-9_41 Veawab A, Tontiwachwuthikul P, Chakma A (1999) Corrosion behavior of carbon steel in the CO2 absorption process using aqueous amine solutions. Ind Eng Chem Res 38(10):3917–3924. doi:10.1021/ie9901630 Chatti R, Bansiwal AK, Thote JA, Kumar V, Jadhav P, Lokhande SK, Biniwale RB, Labhestwar NK, Rayalu SS (2009) Amine loaded zeolites for carbon dioxide capture: amine loading and adsorption studies. Microporous Mesoporous Mater 121(1–3):84–89. doi:10.1016/j.micromeso.2009.01.007 James C, Fisher II, Tanthana J, Chuang S (2009) Oxide-supported tetraethylenepentamine for CO2 capture. Environ Prog Sustain Energy 28(4):589–598. doi:10.1002/ep.10363 Wang L, Yao ML, Hu X, Hu G, Lu J, Luo M, Fan M (2015) Amine-modified ordered mesoporous silica: the effect of pore size on CO2 capture performance. Appl Surf Sci 324:286–292. doi:10.1016/j.apsusc.2014.10.135 Frising T, Leflaive P (2008) Extraframework cation distributions in X and Y faujasite zeolites: a review. Microporous Mesoporous Mater 114(1–3):27–63. doi:10.1016/j.micromeso.2007.12.024 Legras B, Polaert I, Estel L, Thomas M (2012) Effect of alkaline cations in zeolites on their dielectric properties. J Microw Power Electromagn Energy 46(1):5–11 Newsome D, Coppens MO (2015) Molecular dynamics as a tool to study heterogeneity in zeolites—effect of Na+ cations on diffusion of CO2 and N-2 in Na-ZSM-5. Chem Eng Sci 121:300–312. doi:10.1016/j.ces.2014.09.024 Liu XS, Iu KK, Thomas JK (1992) Encapsulation of TiO2 in Zeolite Y. Chem Phys Lett 195(2–3):163–168. doi:10.1016/0009-2614(92)86129-6 Bacsik Z, Atluri R, Garcia-Bennett AE, Hedin N (2010) Temperature-induced uptake of CO2 and formation of carbamates in mesocaged silica modified with n-propylamines. Langmuir 26(12):10013–10024. doi:10.1021/la1001495 Kayabali K, Kezer H (1998) Testing the ability of bentonite-amended natural zeolite (clinoptinolite) to remove heavy metals from liquid waste. Environ Geol 34(2–3):95–102. doi:10.1007/s002540050259 Kaya A, Durukan S (2004) Utilization of bentonite-embedded zeolite as clay liner. Appl Clay Sci 25(1–2):83–91. doi:10.1016/j.clay.2003.07.002 Xie J, Tamaki J (2007) Parameterization of micro-hardness distribution in granite related to abrasive machining performance. J Mater Process Technol 186(1–3):253–258. doi:10.1016/j.jmatprotec.2006.12.041 Hildebrando EA, Andrade CGB, da Rocha CAF, Angelica RS, Valenzuela-Diaz FR, Neves RD (2014) Synthesis and characterization of zeolite NaP using kaolin waste as a source of silicon and aluminum. Mater Res Ibero Am J Mater 17:174–179 Xu XC, Song CS, Andresen JM, Miller BG, Scaroni AW (2002) Novel polyethylenimine-modified mesoporous molecular sieve of MCM-41 type as high-capacity adsorbent for CO2 capture. Energy Fuels 16(6):1463–1469. doi:10.1021/ef020058u Xu XC, Song CS, Andresen JM, Miller BG, Scaroni AW (2003) Preparation and characterization of novel CO2 “molecular basket” adsorbents based on polymer-modified mesoporous molecular sieve MCM-41. Microporous Mesoporous Mater 62(1–2):29–45. doi:10.1016/S1387-1811(03)00388-3 Yang GS (2014) The effect of different moisture levels on the toluene desorption rates of modified natural zeolite during MW irradiation. J Mater Cycles Waste Manag. doi:10.1007/s10163-014-0327-x Tang X, Tian Q, Zhao BY, Hu K (2007) The microwave electromagnetic and absorption properties of some porous iron powders. Mater Sci Eng Struct Mater Prop Microstruct Process 445:135–140. doi:10.1016/j.msea.2006.09.008 Cheng YL, Dai JM, Wu DJ, Sun YP (2010) Electromagnetic and microwave absorption properties of carbonyl iron/La0.6Sr0.4MnO3 composites. J Magn Magn Mater 322(1):97–101. doi:10.1016/j.jmmm.2014.01.033 Guo J, Duan Y, Liu L, Chen L, Liu S (2011) Electromagnetic and microwave absorption properties of carbonyl-Iron/Fe91Si9 composites in gigahertz range. Sci Res Acad Publr 3(5):140–146. doi:10.4236/jemaa.2011.35023 Katoh M, Yoshikawa T, Tomonari T, Katayama K, Tomida T (2000) Adsorption characteristics of ion-exchanged ZSM-5 zeolites for CO2/N-2 mixtures. J Colloid Interface Sci 226(1):145–150. doi:10.1006/jcis.2000.6795 Hiyoshi N, Yogo K, Yashima T (2005) Adsorption characteristics of carbon dioxide on organically functionalized SBA-15. Microporous Mesoporous Mater 84(1–3):357–365. doi:10.1016/j.micromeso.2005.06.010 Serna-Guerrero R, Da’na E, Sayari A (2008) New insights into the interactions of CO2 with amine-functionalized silica. Ind Eng Chem Res 47(23):9406–9412. doi:10.1021/ie801186g Planas N, Dzubak AL, Poloni R, Lin LC, McDonald TM, Neaton JB, Long JR, Smit B, Gagliardi L (2013) The mechanism of carbon dioxide adsorption in an alkylamine-functionalized metal-organic framework. J Am Chem Soc 135(20):7402–7405. doi:10.1021/ja4004766 Ramanathan T, Fisher FT, Ruoff RS, Brinson LC (2005) Amino-functionalized carbon nanotubes for binding to polymers and biological systems. Chem Mater 17(6):1290–1295. doi:10.1021/cm048357f