Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Industrial materials >> Nanomaterialen

Verbeterde CO₂-afvang met APS-gemodificeerde gelaagde dubbele hydroxiden nanomaterialen

Samenvatting

De interlamellaire ruimte van gelaagde dubbele hydroxiden (LDHs) werd vergroot door dodecylsulfonaat ionen eerst, en vervolgens werd (3-aminopropyl)triethoxysilane (APS) chemisch gegraft (APS/LDHs). De structurele kenmerken en thermische stabiliteit van deze bereide monsters werden gekarakteriseerd door Röntgendiffractie (XRD), transmissie elektronenmicroscopie (TEM), reflectantie Fourier transformatie infraroodspectrometer (FTIR), thermogravimetrische analyse (TG), en elementaire analyse (EA) respectievelijk. De CO₂ adsorptieprestaties werden onderzocht met TG en diffuse reflectantie infrarood Fourier transformatie spectroscopie (DRIFTS). De resultaten toonden aan dat de CO₂ adsorptiecapaciteit op APS/LDHs zo hoog was als 90 mg/g en geen duidelijke reductie vertoonde tijdens een vijfvoudige cyclische adsorptie-desorptietest, wat zijn superieure prestatiestabiliteit aangeeft. De DRIFTS resultaten toonden aan dat zowel carbamaten als zwak gebonden CO₂ soorten werden gegenereerd op APS/LDHs. De zwak geadsorbeerde soort was te wijten aan de verschillende lokale chemische omgeving voor CO₂ afvang geboden door de oppervlaktemoieties van LDHs zoals vrije silanol en waterstofbindingen.

Achtergrond

Het broekaseffect en mondiale klimaatverandering hoofdzakelijk veroorzaakt door de substantiële CO₂ emissie van kolengestookte centrales hebben algemene publieke zorgen gewekt [1,2,3]. Dus moet CO₂ afvang worden geadopteerd voor de daaropvolgende opslag of benutting om de concentratie in de atmosfeer te verlagen. Verschillende oplosmiddel- en vast-gebaseerde sorbenten hebben grote aandacht gekregen voor CO₂ afvang, met name de amine-gemodificeerde poreuze materiaalcomposieten voor hun relatief lage energieverbruik voor regeneratie en gemakkelijke implementatie over een breed bereik van temperaturen en drukken [4,5,6].

Een hoge en stabiele CO₂ adsorptiecapaciteit is principieel voor het grootschalige scheidingproces van koolstofafvang uit de rookgas met een groot volume en lage partiële druk in het temperatuurbereik van 50~100 °C [1]. Aangezien aminogroepen affiniteit tonen voor CO₂ moleculen, werden verschillende poreuze dragers met groot oppervlak en porienvolumes geadopteerd om composietadsorptiemiddelen te verkrijgen gebaseerd op hun accommodatie van de geïmpregneerde amines sinds Song's werk in 2002 [7]. En de hoogste CO₂ adsorptiecapaciteit gerapporteerd in literatuur kon tot 7.9 mmol/g bereiken [8]. Echter, deze soorten geïmpregneerde composieten zijn vatbaar voor prestatiedegradatie tijdens cyclische adsorptie-desorptie operaties, wat een slechte stabiliteit suggereert wat ook een belangrijk criterium is voor echte toepassingen [9]. Verder wordt sterke diffusiebeperking gegenereerd door de geagglomereerde amines en gecoate deeltjes voor CO₂ van het oppervlak in de bulk amino groepen, wat de amine-efficiëntie zou verlagen gedefinieerd als de hoeveelheden geadsorbeerde CO₂ moleculen voor elk mol stikstofatoom.

Om de thermische stabiliteit en amine-efficiëntie van de composietadsorptiemiddelen te verbeteren, wordt een monolaag of minder van CO₂ affiniteit sites geformuleerd via grafting van aminosilanen op de drager materialen gebaseerd op hun co-condensatie reactie, wat uitgebreid bestudeerd is met 3-aminopropyltrimethoxysilane (APS), 3-(trimethoxysilyl) propylethylenediamine (diamine) of 3-[2-(2-aminoethylamino)ethylamino] propyltrimethoxy-silane (triamine), etc. [2, 10,11,12]. Deze soorten gegraafde composieten tonen lagere diffusiebeperkingen en superieure stabiliteit, zelfs al kan er een bovengrens zijn van CO₂ adsorptiecapaciteit aangezien verondersteld wordt dat twee molen blootgelegde amine groepen vereist waren om één mol CO₂ moleculen te vangen volgens het zwitterion mechanisme [13, 14]. Niettemin kan de chemische aard van drager materialen ook de CO₂ adsorptieprestaties beïnvloeden. De bijdragen van oppervlaktehydroxolen aan CO₂ afvang ofwel door hun directe zwakke fysieke kracht [15] of via hun waterstofbinding met de gegraafde amines [13, 16] op silice-/titania-gebaseerde adsorptiemiddelen zijn onderzocht.

Gelaagde dubbele hydroxiden (LDHs) zijn geordende verbindingen die samengesteld worden door interlaminatie anionen en positief geladen laag laminaten met de algemene formule [M1 − x2+M x 3+(OH)2]x+(An−)x/n·mH2O, waar M2+ en M3+ metaalkationen voorstellen en A een anion is [17]. LDHs hebben uitgebreide toepassingen in adsorptie, katalyse, fotochemie, etc. door hun afstelbare structuur en lage kosten van grondstoffen [6, 18,19,20], wat het ook een mogelijke kandidaat maakt voor post-verbranding CO₂ afvang. Wang et al. [21] synthetiseerden amine-gemodificeerde LDHs via een exfoliatie en grafting route en rapporteerden dat deze adsorptiemiddelen nuttig zouden zijn in CO₂ afvang processen bij een hoge temperatuur van 80 °C, terwijl de CO₂ adsorptiecapaciteit op amine-gemodificeerde hexagonale mesoporeuze silice (HMS) daalde van 1.34 mmol/g bij 25 °C tot 0.45 mmol/g bij 75 °C [22]. Dit suggereert dat de lokale chemie van LDHs als drager materialen de CO₂ adsorptie op een manier kan beïnvloeden die anders is dan silice dragers. Echter, weinig rapporten hebben hierover gediscussieerd voor zover we weten. Een systematische studie is nodig om de LDH-gebaseerde sorbenten te onderzoeken en hun CO₂ adsorptiemechanismen beter te begrijpen.

Met dit in gedachten, zijn (3-aminopropyl)triethoxysilane (APS)-gemodificeerde LDHs (APS/LDHs) bereid in dit artikel met dodecylsulfate (DS) voor pre-intercalatie. De structurele kenmerken van APS/LDHs zijn elders in detail behandeld [21]. Toch worden enkele hoeveelheden hergeïntroduceerd om de koppeling tussen CO₂ adsorptieprestaties en de oppervlaktekenmerken van LDHs te illustreren. De CO₂ adsorptie-desorptie eigenschappen op APS/LDHs werden voornamelijk verkend met in situ diffuse reflectantie infrarood Fourier transformatie spectroscopie metingen (DRIFTS).

Methoden

Alle gebruikte chemicaliën werden gekocht van Aladdin reagent Co., Ltd., en waren A.R. graad. En deze chemicaliën werden gebruikt zonder verdere behandeling.

De as-gesynthetiseerde LDHs werden bereid als het controlemonster door een co-precipitatie methode. Een gemengde oplossing met 0.075 mol Mg(NO₃)₂·6H₂O en 0.025 mol Al(NO₃)₃·9H₂O werd eerst verkregen, wat daarna werd toegevoegd aan een Na₂CO₃ waterige oplossing (0.5 mol/L, 100 mL) onder hevig roeren bij 70 °C. De pH-waarde van deze mengsel werd gehandhaafd op ongeveer 10 met NaOH waterige oplossing (4 M) gevolgd door roeren voor nog 4 uur. Daarna werd het resulterende neerslag gefiltreerd, gewassen met gedemineraliseerd water voor meerdere keren, en gedroogd onder vacuümconditie bij 120 °C overnacht. De DS-geïntercaleerde LDHs (DS/LDHs) werden gesynthetiseerd volgens een eerdere rapport [21]. Typisch, 4.00 g Mg(NO₃)₂·6H₂O en 1.95 g Al(NO₃)₃·9H₂O werden opgelost in 50 ml gedemineraliseerd water. De verkregen oplossing werd druppelgewijs toegevoegd aan de waterige oplossing van natrium dodecylsulfate (3 g/100 mL gedemineraliseerd water) onder continu roeren bij 70 °C. Speciale aandacht moet ook besteed worden aan de pH-aanstelling naar ongeveer 10. Dezelfde post-behandeling beschreven hierboven werd ook toegepast op DS/LDHs.

APS-gegraftte LDHs (APS/LDHs) werden als volgt bereid. Twee gram DS/LDHs werd opgelost in een konische fles met 500 mL tolueen oplosmiddel en daarna 5 uur gesonicatie. Overvloedig wit gel werd half uur later verzameld. Vijftien milliliter (3-aminopropyl)triethoxysilane werd toegevoegd, en de mengseloplossing werd 5 uur gerijpt bij 60 °C onder een stikstofatmosfeer. Het sediment werd geëxtraheerd door filtratie, herhaaldelijk gewassen, en daarna gedroogd in een vacuümoven bij 120 °C overnacht.

De kristalfasen van de monsters werden geanalyseerd door een Röntgendiffractometer met CuKα straling (XRD: model D/max RA; Rigaku Co., Japan, CuKα straling 0.15418 nm), en data werden verzameld voor verstrooiingshoeken (2θ) die varieerden van 5° tot 70° met een stapgrootte van 0.02°. De micromorfologie werd onderzocht door transmissie elektronenmicroscopie (TEM: Tecnai G2 F20; FEI Company, USA). Elementaire analyse werd uitgevoerd op Flash EA1112 (Thermo Finnigan, USA). Fourier transformatie infraroodspectrometer (FTIR, IR Affinity-1; SHIMADZU, Japan) werd gebruikt om de IR spectra van de bereide monsters op te nemen. Kaliumbromide (KBr) platen gemengd met 1/50 van monster werden gemaakt door 20 ton olie-druk toe te passen en vervolgens gescand van 400 tot 4000 cm⁻¹ met een resolutie van 0.2 cm⁻¹. De thermische stabiliteit van vaste monsters werd bepaald met thermogravimetrische analyse (TG; NETZSCH STA 409 Luxx, Selb/Bayern, Duitsland). De monsters werden verwarmd van kamertemperatuur tot 600 °C met een verhittingssnelheid van 10 K/min in stikstofatmosfeer.

De informatie over oppervlaktesoorten en moleculair gedrag op het oppervlak van adsorptiemiddelen werd verkregen via DRIFTS (Nicolet 6700 FT-IR spectrometer, Thermo Scientific, USA), welke uitgerust was met een temperatuurcontrolesysteem en gekoppeld met ZnSe vensters. In de DRIFTS cel, poeder adsorptiemiddelen werden 1 uur voorbehandeld bij 200 °C onder een stikstofstroom van 30 mL/min. Toen de temperatuur gestabiliseerd was op 50 °C, werd een CO₂ gasstroom van 5 mL/min geïntroduceerd in de cel voor een bepaalde tijd tot complete verzadiging bereikt was. Hier gaf de CO₂ concentratie (~ 14v%) in de gasmengsel de algemene concentratie van industriële rookgas aan. DRIFTS spectra werden verzameld met 4 cm⁻¹ resolutie en 64 co-gevoegde scans met inachtneming van de achtergrondspectra net voor de introductie van de probemoleculen.

CO₂ adsorptiecapaciteit werd ook bepaald door TG. Ongeveer 10 mg van monsters werd 1 uur voorbehandeld bij 120 °C onder stikstofatmosfeer bij 100 ml/min. Na afkoelen tot de adsorptietemperatuur, werd zuivere CO₂ stroom ingeschakeld tot de dynamische adsorptie-evenwicht. Het uiteindelijke gewonnen gewicht werd beschouwd als de CO₂ adsorptiecapaciteit. Verzadigde monsters werden geregenereerd onder de voorbehandelingscondities. Deze adsorptie-regeneratie procedure werd vijf keer herhaald om de prestatiestabiliteit van gemodificeerde adsorptiematerialen te evalueren.

Resultaten en Discussie

Zoals getoond in Fig. 1, ontstond een reeks typische pieken door de gelaagde structuren voor de as-gesynthetiseerde LDHs bij 2θ = 11.5°, 23.0°, 34.5°, en 60.5°, welke toegeschreven werden aan (003), (006), (009), en (110) rooster vlakken, respectievelijk, volgens eerdere literatuur [23, 24]. Het moet opgemerkt worden dat een lagere hoek Bragg reflectie (003), naast de goed geordende (00l) serie, verschenen voor DS/LDHs gegenereerd door de uitgebreide structuur als de intercalatie van organische anionen in de gelamineerde platen van LDHs. Deze uitgebreide interlaag, suggereerende hoge blootstelling van oppervlaktehydroxylgroepen en lage diffusiebeperking, maakte DS/LDHs tot een precursor voor de daaropvolgende introductie van APS. APS grafting verminderde de kristalliniteit dramatisch. Toch werd de hydrotalcite-achtige structuur van de gastheer behouden voor de waargenomen (110) reflectie. Dit werd bevestigd door het TEM beeld van APS/LDHs (Fig. 2) als de aggregaten van onregelmatige vlakkige deeltjes gedemonstreerd werden.

Verbeterde CO₂-afvang met APS-gemodificeerde gelaagde dubbele hydroxiden nanomaterialen
Röntgendiffractie profielen van (a) LDHs, (b) DS/LDHs, en (c) APS/LDHs
Verbeterde CO₂-afvang met APS-gemodificeerde gelaagde dubbele hydroxiden nanomaterialen
TEM beeld van APS/LDHs

De molaire verhouding van C/N is 9 in APS molecuul (C₉H₂₃NO₃Si). Correspondent zouden de molaire verhoudingen van C/N 7, 5, of 3 zijn als 1, 2, of 3 ethoxysilaan groepen condenseren met de oppervlaktehydroxylgroepen op de LDH laminaten respectievelijk [21]. Hier werd de molaire verhouding van C/N (Tabel 1) geadopteerd om de succesvolle grafting van APS verder te bevestigen. Aangezien de C/N molaire verhouding van 6.59 verkregen werd, dus werd ten minste één ethoxysilaan groep in elk APS molecuul aan de metaallagen gebonden terwijl de anderen presenteerden als de intacte ethoxysilaan groepen of vrije silanol bindingen na hydrolyse.

TG-DTG (DTG is de afgeleide kromme van TG) studie werd uitgevoerd om de thermische stabiliteit van gemodificeerde LDHs te onderzoeken. Zoals gepresenteerd in Fig. 3, ondergingen DS/LDHs drie stappen van gewichtsverlies, welke toegeschreven werden aan de verwijdering van geadsorbeerd water onder 150 °C; de dehydroxylatie tijdens het temperatuurbereik van 150 tot 300 °C met een prominente verlies plaatsvond bij 240 °C, alsook de verdere dehydroxylatie en decompositie van dodecylsulfate boven 300 °C [24, 25]. Thermische decompositiegedrag van APS/LDHs was significant anders (Fig. 4). Het werd genoteerd dat het gewichtsverlies van APS/LDHs ten gevolge van de dehydroxylatie (150~300 °C) ongeveer 10% was, veel minder dan die van DS/LDHs (ongeveer 30%). Dit kon voornamelijk toegeschreven worden aan de consumptie van −OH op de LDH laminaten na APS grafting door de condensatiereactie geïnterpreteerd in Fig. 5. Verder trad een gewichtsverlies gepikt op een nog hogere temperatuur op bij 321 °C op door de vertraagde dehydroxylatie op APS/LDHs wat kan profiteren van de waterstofbinding tussen de terminale −NH₂ van APS moleculen en de oppervlaktehydroxolen op LDH laminaten.

Verbeterde CO₂-afvang met APS-gemodificeerde gelaagde dubbele hydroxiden nanomaterialen
TG-DTG curven van DS/LDHs
Verbeterde CO₂-afvang met APS-gemodificeerde gelaagde dubbele hydroxiden nanomaterialen
TG-DTG curven van APS/LDHs
Verbeterde CO₂-afvang met APS-gemodificeerde gelaagde dubbele hydroxiden nanomaterialen
Schematische illustratie voor de vorming van APS/LDHs

IR spectra van gemodificeerde LDHs worden getoond in Fig. 6. Voor LDHs, de sterke brede piek gecentreerd op 3460 en de band bij 1650 cm⁻¹ was gerelateerd aan rek- en buigtrillingen van hydroxylgroepen van het oppervlak en/of interlaag respectievelijk. De absorptiebanden bij 1370 cm⁻¹ werden toegewezen aan zowel monodentaat carbonaat en geïntercaleerde NO₃⁻ in de interlaagruimte van LDHs. Een overtoon van rooster Mg-O trillingen alsook Al-O modi overlappen het spectrum variërend van 800 tot 400 cm⁻¹. De DS moleculen in DS/LDHs toonden een groep karakteristieke banden bij 2920 (rektreilling van -CH₃ groepen), 2852 (rektreilling van -CH₂ groepen), 1465 (C-H buigbinding van het organische skelet), en 1217/1075 cm⁻¹ (de asymmetrische en symmetrische rektreillingen van -SO₃²⁻ groepen). Echter, de intensiteiten van deze karakteristieke banden werden aanzienlijk verzwakt na de grafting van APS terwijl nieuwe banden gerelateerd aan N-H en N-C bindingen in APS moleculen waargenomen werden, bv., de trilling van N-H₂ in de primaire amine groepen (RNH₂) bij 1570/1468 cm⁻¹ en de C-N buigtrilling van C-N bij 1124 cm⁻¹ [13, 23].

Verbeterde CO₂-afvang met APS-gemodificeerde gelaagde dubbele hydroxiden nanomaterialen
FTIR spectra van (a) LDHs, (b) DS/LDHs, en (c) APS/LDHs

Hoewel een deel van de oppervlakte −OH groepen op LDH laminaten geconsumeerd werden door hun condensatiereactie met de silanolen van APS zoals hierboven vermeld, waren de banden gelokaliseerd bij 3460 en 1650 cm⁻¹ enigszins versterkt. Het werd gerapporteerd dat niet-uniforme verdeling van gegraafde APS zou optreden, zoals clustering van amino groepen via hun intermoleculaire waterstofbinding [16] en protonering van amine soorten (RNH₃⁺) gegenereerd onder het bestaan van water [26], met oppervlaktehydroxolen of met vrije silanol groepen. Het werd ook gehouden dat de basische moleculen of groepen waterstofgebonden konden zijn op de oppervlaktehydroxolen van LDHs zelfs al was deze binding redelijk zwak [27]. Dus, hier werd de versterking van deze absorptiebanden toegeschreven aan de gebonden −NH₂ groepen overlappend met de −OH groep in hetzelfde IR gebied [28], wat een redelijk andere lokale omgeving voor CO₂ adsorptie aangeeft.

CO₂ adsorptieprestaties van amine-gemodificeerde LDHs werden onderzocht door TGA bij verschillende testtemperaturen. Zoals getoond in Fig. 7, namen de CO₂ adsorptiehoeveelheden op APS/LDHs dramatisch toe binnen de eerste 30 min, gevolgd door een langzame verzadigingsfase. Een CO₂ adsorptiecapaciteit zo hoog als 2.09 mmol/g tijdens deze verzadigingsfase werd verkregen, veel hoger dan die van LDHs (typisch minder dan 1.0 mmol/g [29,30,31]). Daarom droegen de geïncorporeerde amino groepen significant bij aan CO₂ afvang op APS/LDHs. Het moet opgemerkt worden dat APS/LDHs een CO₂ adsorptiehoeveelheid van 1.55 mg/g vertoonde bij 25 °C terwijl het een redelijk stabiele adsorptiecapaciteit toonde in een temperatuurbereik van 30 tot 75 °C. APS begint te reageren met CO₂ vanaf 28 °C [21]. Dus zou de hogere viscositeit van APS bij 25 °C grotere massatransferbeperking genereren en de functie voor CO₂ afvang verder verzwakken.

Verbeterde CO₂-afvang met APS-gemodificeerde gelaagde dubbele hydroxiden nanomaterialen
CO₂ adsorptieprofielen op APS/LDHs bij verschillende temperaturen

Het was de toegankelijkheid van amino groepen en de nabijheid van aangrenzende amino paren die essentieel de CO₂ adsorptiecapaciteit bepaalden voor amine-gemodificeerde materialen. De geïmpregneerde amines zouden graag agglomereren in de poriën van dragers wat sterke diffusiebeperking genereerde voor CO₂ moleculen van oppervlak in bulk [2, 9, 25, 32]. Echter, de toegankelijkheid van actieve sites in APS/LDHs kan ook nadelig beïnvloed worden door de koolwaterstofketens geïntercaleerd tussen de LDH laminaten, wat de mobiliteit en relatieve nabijheid van amino paren verminderde. Dit was ongunstig voor de amine-efficiëntie van APS/LDHs vermoedelijk, wat toch uitkwam iets hoger dan 0.5 wat de maximumwaarde was gebaseerd op het zwitterion mechanisme (Tabel 1). Dus werd afgeleid dat er een ander adsorptiemechanisme hier kan zijn bijdragend aan de amine-efficiëntie.

DRIFTS meting werd geadopteerd om het CO₂ adsorptiemechanisme op APS/LDHs te onderzoeken (Fig. 8). Blootstelling aan CO₂/N₂ gasmengsel leidde tot het verschijnen van verschillende typische absorptiepieken, welke te wijten waren aan de N-H deformatie in RNH₃⁺ bij 1629 en 1489 cm⁻¹, de asymmetrische rekmode van COO⁻ bij 1567 cm⁻¹, en de NCOO skelettrilling bij 1428 en 1326 cm⁻¹ [13]. Duidelijk adsorbeerde CO₂ op de primaire amines via het zwitterion mechanisme met een twee-stapsreeks, d.w.z., de vorming van een zwitterion eerst en de daaropvolgende protonoverdracht [13, 14].

Verbeterde CO₂-afvang met APS-gemodificeerde gelaagde dubbele hydroxiden nanomaterialen
DRIFTS spectren van CO₂ adsorptie en desorptie op APS/LDHs: (a) adsorptie voor 5 min, (b) adsorptie voor 20 min, (c) zuiveren voor 30 min bij kamertemperatuur, (d) zuiveren voor nog 30 min bij 120 °C

Vooral, de verschenen band bij 1703 cm⁻¹ had verdere identificatie nodig. Aangezien het volledig verdween onder milde regeneratiecondities terwijl de gegenereerde carbamaten ontbonden onder een hogere temperatuur, zou deze band gerelateerd kunnen zijn aan een zwak gebonden CO₂ soort rondom de gebonden −NH₂ groep [33] wat een andere lokale omgeving voor adsorptie bood. CO₂ moleculen konden gevangen worden op deze amino groepen via waterstofbinding. Wu et al. [13] schreven de absorptieband bij 1706 cm⁻¹ toe aan de waterstofgebonden CO₂ soorten gegenereerd door adsorptie nabij de geprotonerde amine groepen. Danon et al. [16] vonden ook dat het SBA-15 oppervlak een significante rol speelt in de specifieke interacties tussen CO₂ en moieties gebonden aan het oppervlak van SBA-15.

Stabiele cyclische adsorptie/desorptie prestaties van adsorptiemiddelen zijn met name gewenst voor praktische scheidingsprocessen. De cyclische prestaties van APS/LDHs werden verkregen (Fig. 9) door blootstelling aan CO₂ bij verschillende adsorptietemperaturen en daarna regeneratie bij 120 °C herhaaldelijk. De CO₂ adsorptiecapaciteit fluctueerde rond de initiële adsorptiehoeveelheid tijdens deze vijf cycli bij deze testtemperaturen, wat uitstekende cyclische prestaties toonde. Dit bood APS/LDHs grote haalbaarheid om CO₂ af te vangen van fossiele brandstof-gebaseerde thermische centrales [1]. Allereerst kon energiebesparing voor regeneratie bereikt worden vergeleken met de gekalkte LDH monsters die activering nodig hadden bij verhoogde temperaturen, bv., 400 °C [34]. Wat meer is, de CO₂ adsorptie op gekalkte LDH monsters daalde met het toenemende aantal thermische adsorptie/desorptie cycli door irreversibele chemisorptie veroorzaakt door de slechte thermische stabiliteit en agglomeratie van deeltjes [35], terwijl APS/LDHs hier superieure prestatiestabiliteit toonden.

Verbeterde CO₂-afvang met APS-gemodificeerde gelaagde dubbele hydroxiden nanomaterialen
Prestatiestabiliteit van APS/LDHs tijdens de opeenvolgende cycli van adsorptie-desorptie

Conclusies

Een monolaag van terminale amino groepen van APS werd gegraft op LDHs (APS/LDHs) voor CO₂ afvang. Het werd gevonden dat de uitgebreide laagruimte gepileerd door dodecylsulfonaat gunstig was voor APS introductie. APS was aan de LDH laminaten gebonden door covalente interactie. De geïncorporeerde amino groepen droegen veel bij aan CO₂ afvang op APS/LDHs zowel door het zwitterion mechanisme als zwakke binding zoals bevestigd door DRIFTS resultaten. De CO₂ adsorptiecapaciteit stabiliseerde op ongeveer 90 mg/g tijdens de vijf cycli van adsorptie-desorptie, wat een groot toepassingspotentieel toont in temperatuurswing adsorptieprocessen.

Voor LDH-gebaseerde oxide adsorptiemiddelen kon een geleidelijk verminderde CO₂ opname waargenomen worden primair door de toenemende gebrek aan beschikbaarheid van de basische sites. Echter, APS/LDHs zijn robuuster voor een verscheidenheid aan behandelingscondities aangezien het gebaseerd is op de chemische combinatie van (3-aminopropyl)triethoxysilane en de metaallagen. Dit voorkomt effectief het significante verlies van adsorptiecapaciteit door het organische uitlogen uit de soliden tijdens de cyclische testen. En de gevangen CO₂ kon volledig gedesorbeerd worden onder 120 °C op APS/LDHs, wat een redelijk veilige operatietemperatuur is om amine degradatie of thermische conformationele wijziging te vermijden.

Afkortingen

APS:
(3-Aminopropyl)triethoxysilane
DRIFTS:
Diffuse reflectantie infrarood Fourier transformatie spectroscopie
DS:
Dodecylsulfate
EA:
Elementaire analyse
FTIR:
Reflectantie Fourier transformatie infraroodspectrometer
HMS:
Hexagonale mesoporeuze silice
LDHs:
Gelaagde dubbele hydroxiden
TEM:
Transmissie elektronenmicroscopie
TG-DTG:
Thermogravimetrische analyse-afgeleide kromme van TG
XRD:
Röntgendiffractie

Nanomaterialen

  1. Waarom Overschakelen naar CMMS de Status Quo Bias Verslaat – Een Praktische Gids
  2. Wittmann Battenfeld Breidt Operaties Uit met Nieuwe 9.000-vk-ft Faciliteit in Vinhedo, Brazilië
  3. Oliver Wyman: Experts Inzichten over de Fabriek van de Toekomst
  4. Nieuw OMP White Paper: Data-gedreven Beslissingen Benutten In Moderne Productie
  5. Flexibele rectenna zet WiFi-signalen om in elektriciteit voor kleine apparaten
  6. Revolutionaire AI zet statische foto's om in interactieve 3D-animaties
  7. Revolutionaire DNA-gebaseerde opslag maakt alledaagse objecten duurzame data-archieven
  8. Innovatieve Vistang Float Zet een Verloren Visstang om in Winst: Utopia Enterprises Succesverhaal
  9. Hoe IIoT Airconditioningproductie Herstelt: Efficiëntie en Kwaliteit Verhogen
  10. ICS Opent Nieuwe Faciliteit in Newington, CT voor Geavanceerde Waterstraalsnijden Diensten
  11. Grafene stelt precieze nanomateriaalplaatsing toe voor industriële schaal integratie