Повышение эффективности 4А

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 12533 ​​(2023) Цитировать эту статью

203 доступа

Подробности о метриках

Целью данного исследования является оптимизация адсорбционной способности 4А-цеолита, синтезированного из каолина, путем структурной модификации путем пропитки тетраэтиленпентамином (ТЭПА) и диэтаноламином (ДЭА). Для оценки эффективности этих модификаций использовались различные аналитические методы. Для анализа данных и оптимизации рабочих переменных использовались экспертное программное обеспечение для разработки и методология поверхности отклика (RSM), что привело к улучшению характеристик адсорбции CO2 модифицированными цеолитами. Адсорбционную способность модифицированных цеолитов оценивали при различных температурах, давлениях и концентрациях аминов с помощью тест-прибора. Установлено, что оптимальная адсорбционная емкость адсорбента 4A-DEA составляет 579,468 мг/г, при этом оптимальные рабочие параметры включают температуру 25,270 °C, давление 8,870 бар и концентрацию амина 11,112% масс. Анализ показывает, что процесс адсорбции включает в себя как физсорбцию, так и хемосорбцию, а лучшей кинетической моделью является модель дробного фактора.

Рост уровня CO2 в атмосфере является критической проблемой глобального изменения климата и экологических рисков. К 2100 году он может увеличиться до 26 миллиардов тонн в год. Этот прогноз, следовательно, подчеркивает важность уделения приоритетного внимания улавливанию и адсорбции CO2 с экологической точки зрения1. Продолжающийся выброс CO2 в атмосферу привел к долгосрочным изменениям глобального климата, включая повышение температуры, уровня моря и более частые экстремальные погодные явления. Появились четыре основных метода отделения CO2: абсорбционные, адсорбционные, криогенные и мембранные технологии2,3. Выбор подходящего метода улавливания CO2 зависит от нескольких факторов, включая происхождение CO2, масштабы процесса улавливания, желаемый уровень чистоты улавливаемого CO2 и предполагаемое применение улавливаемого CO24. В настоящее время абсорбция и адсорбция представляют собой преобладающие методы улавливания CO2, тогда как криогенные и мембранные технологии все еще находятся на начальной стадии развития5. Исследователи активно участвуют в изучении различных методологий адсорбции CO2 в качестве средства сокращения его выбросов6. Для адсорбции CO2 использовались пористые материалы, такие как цеолит7, диоксид кремния8, MOF9, углерод10 и полимер11, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Цеолит — это материал с кристаллической структурой, который может быть как природным, так и синтезированным12. Он содержит алюмосиликатные минералы и имеет характерную трехмерную структуру с хорошо организованными порами и каналами. Цеолиты имеют кристаллическую структуру с жестким каркасом, включающим поры и каналы, образующиеся в виде ТО4, где Т может обозначать кремнезем и алюминий. Атомы алюминия притягивают кислород и создают отличное место для переноса катионов13. Катион в структуре цеолитов играет решающую роль в захвате CO2, поскольку он может привлекать CO2 в цеолит6. Цеолиты являются многообещающими адсорбентами CO2 с большой площадью поверхности, подходящим размером пор и превосходной термической и химической стабильностью14. Несколько типов цеолитов подверглись тщательному исследованию для оценки их потенциала в адсорбции газа CO2, образующегося в промышленных процессах. Цеолит 4А15, цеолит 13X16, ZK-517, ZSM-518, β-цеолит19 и Na-X20 входят в число типов цеолитов, продемонстрировавших потенциал в приложениях, связанных с улавливанием CO2. Эти цеолиты обладают характерной пористой структурой, значительной площадью поверхности и превосходной термической стабильностью, что делает их весьма желательными вариантами для адсорбции CO2. Zeolite 13X продемонстрировал исключительную селективность в отношении CO221. ZK-5 обладает характерной клеточной структурой, которую можно модифицировать для улучшения адсорбционных свойств CO222. Аналогично, ZSM-523 и β-цеолит24 в исследованиях продемонстрировали значительную способность к адсорбции CO2. Кроме того, Na-X продемонстрировал хорошие свойства стабильности и регенерации25. Цеолит 4А характеризуется значительной концентрацией адсорбционных центров, что обусловлено наличием в его каркасе атомов алюминия. Эти сайты обладают сильным сродством к молекулам CO2, что способствует эффективному захвату и удержанию газа.