Адсорбенти на основі амінів

Деякі органічні речовини або полімери, що містять іони амонію, можуть хімічно з'єднуватися з кислими молекулами CO2 при нижчих температурах реакції і тому можуть використовуватися для адсорбційного захоплення CO2. Вони мають такі переваги, як висока продуктивність при низькому парціальному тиску CO2 (10%-15%), низькі температури регенерації (<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.

Пористий SiO2 просочували поліетиленіміном (PEI) для отримання амінвмісного адсорбенту. PEI на зовнішній поверхні адсорбенту був селективно алкілований епоксидом для синтезу адсорбенту CO2 на основі аміну з високою стійкістю до SO2. Адсорбційна ємність CO2 в імітованих умовах димового газу (60 градусів, 15% CO2, 10% H2O, 2% Ar і балансовий газ N2) досягла 139,48 мг/г. За умови концентрації 50 ppm SO2 адсорбційна здатність втратила лише 8,52% після 1000 циклів, демонструючи хорошу стабільність. HBS був щеплений амінами в безводних і водних умовах. У сухих умовах при 25 градусах, використовуючи навколишнє повітря, що містить 415 ppm CO2, динамічна адсорбційна здатність досягла 1,04 ммоль/г. Ефективність адсорбентів на основі аміну залежить від типу, кількості завантаження та молекулярної маси аміну. Лі та ін. імпрегнував PEI в нано-SiO2 для отримання адсорбенту PEI-SiO2 з високою термічною стабільністю.

Дослідження показало, що розгалужений PEI має вищу адсорбційну здатність 202 мг/г, ніж лінійний PEI. Вивчено вплив навантаження та молекулярної маси. Занадто високе або занадто низьке завантаження аміну не сприяло збільшенню адсорбційної здатності. Адсорбенти PEI-SiO2 з меншим навантаженням PEI та молекулярною масою продемонстрували чудову кінетику адсорбції. Структура і склад матеріалу-носія також впливають на процес адсорбції. Багато досліджень було зосереджено на покращенні адсорбційних характеристик адсорбентів на основі амінів шляхом модифікації SiO2. Швидкість адсорбції СО2 була збільшена шляхом зміни структури, і були синтезовані мезопористі наносфери SiO2 зі структурою пор у вигляді перевернутого конуса. Адсорбційна здатність матеріалу зросла на 50%, а також зменшилася енергія адсорбції та десорбції. Це означає, що адсорбент має кращу динамічну структуру. Великі поверхневі пори сприятливіші для входу та виходу молекул газу, а великий об’єм пор забезпечує більше простору для дифузії.

Використовуючи одинарний та подвійний шаблони для синтезу бімодального та тримодального SiO2 як матеріалів-носіїв, адсорбційна здатність бімодального SiO2 може досягати 350 мг/г, тоді як адсорбційна здатність тримодального SiO2 може досягати 215 мг/г. Лі та ін. використовували нітрати металів для модифікації аморфного нано-SiO2. Дослідження показало, що твердий амінний адсорбент, модифікований Al, Zn і Mg, має кращу стабільність. Після 50 циклів адсорбції лише від 2,6% до 28,8% початкової адсорбційної здатності CO2 було втрачено, тоді як вихідний твердий амінний адсорбент втратив 42,9%.