Adsorbentien auf Aminbasis

Einige organische Substanzen oder Polymere, die Ammoniumionen enthalten, können sich bei niedrigeren Reaktionstemperaturen chemisch mit sauren CO2-Molekülen verbinden und daher zur CO2-Adsorptionsabscheidung verwendet werden. Sie haben die Vorteile einer hohen Kapazität bei niedrigen CO2-Partialdrücken (10 %-15 %), niedrigen Regenerationstemperaturen (<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.

Zur Herstellung eines aminhaltigen Adsorptionsmittels wurde Polyethylenimin (PEI) in poröses SiO2 imprägniert. Das PEI auf der Außenfläche des Adsorbens wurde selektiv mit Epoxid alkyliert, um ein CO2-Adsorbens auf Aminbasis mit hoher SO2-Beständigkeit zu synthetisieren. Die Adsorptionskapazität von CO2 unter simulierten Rauchgasbedingungen (60 Grad, 15 % CO2, 10 % H2O, 2 % Ar und Restgas N2) erreichte 139,48 mg/g. Unter der Bedingung einer SO2-Konzentration von 50 ppm verlor die Adsorptionskapazität nach 1000 Zyklen nur 8,52 %, was eine gute Stabilität zeigt. HBS wurde unter wasserfreien und wässrigen Bedingungen mit Aminen gepfropft. Unter trockenen Bedingungen bei 25 Grad und unter Verwendung von Umgebungsluft mit 415 ppm CO2 erreichte die dynamische Adsorptionskapazität 1,04 mmol/g. Die Leistung von Adsorptionsmitteln auf Aminbasis wird durch die Art, die Beladungsmenge und das Molekulargewicht des Amins beeinflusst. Li et al. Imprägniertes PEI in Nano-SiO2, um ein PEI-SiO2-Adsorbens mit hoher thermischer Stabilität herzustellen.

Die Studie ergab, dass verzweigtes PEI eine höhere Adsorptionskapazität von 202 mg/g hatte als lineares PEI. Die Auswirkungen von Beladung und Molekulargewicht wurden untersucht. Eine zu hohe oder zu niedrige Aminbeladung trug nicht zur Steigerung der Adsorptionskapazität bei. PEI-SiO2-Adsorbentien mit geringerer PEI-Beladung und geringerem Molekulargewicht zeigten eine hervorragende Adsorptionskinetik. Auch Struktur und Zusammensetzung des Trägermaterials beeinflussen den Adsorptionsprozess. Viele Studien haben sich auf die Verbesserung der Adsorptionsleistung von Adsorbentien auf Aminbasis durch Modifizierung von SiO2 konzentriert. Die CO2-Adsorptionsrate wurde durch Änderung der Struktur erhöht und es wurden mesoporöse SiO2-Nanokugeln mit einer umgekehrten Kegelporenstruktur synthetisiert. Die Adsorptionskapazität des Materials erhöhte sich um 50 % und auch die Adsorptions- und Desorptionsenergie wurde reduziert. Dies bedeutet, dass das Adsorbens eine bessere dynamische Struktur aufweist. Große Oberflächenporen begünstigen den Ein- und Austritt von Gasmolekülen und ein großes Porenvolumen bietet mehr Raum für die Diffusion.

Unter Verwendung von Einzeltemplat- und Doppeltemplat-Routen zur Synthese von bimodalem und trimodalem SiO2 als Trägermaterialien kann die Adsorptionskapazität von bimodalem SiO2 350 mg/g erreichen, während die Adsorptionskapazität von trimodalem SiO2 215 mg/g erreichen kann. Li et al. verwendeten Metallnitrate, um amorphes Nano-SiO2 zu modifizieren. Die Studie ergab, dass das mit Al, Zn und Mg modifizierte feste Aminadsorbens eine bessere Stabilität aufweist. Nach 50 Adsorptionszyklen gingen nur 2,6 % bis 28,8 % der ursprünglichen CO2-Adsorptionskapazität verloren, während das ursprüngliche feste Amin-Adsorptionsmittel 42,9 % verlor.