Low temperature carbon dioxide capture by PEI-modified mesoporous silica: synthesis and performance analysis 

Abstract

Mesoporøse silisiumdioksydmidler ble fremstilt ved forskjellige synteseforhold ved konvensjonelle sol-gel-metoder. De stive sfæriske silisiumdioksidene med høyt overflateareal og høy porøsitet i smal distribusjon ble innstilt ved varierende initial gelsammensetning og driftstilstand og studert Fysiske egenskaper og morfologistudier ble utført ved nitrogenadsorpsjon / desorpsjon og SEM-teknikker. Overflatearealet, porevolumet og porestørrelsen til syntesesilika-sorbenter i denne studien var henholdsvis opptil 700 m2 / g, 1,5 cm3 / g og 7 nm. Disse mesoporøse silikapartiklene hadde en størrelse i området 4 til 10 um.

CO2-adsorpsjon og desorpsjonsytelse for syntetiserte sorbenter ble studert via TGA etter aminmodifisering ved forskjellige belastningskonsentrasjoner. Både likevekt og arbeids-CO2-kapasitet for PEI-modifisert mesoporøs silika ble diskutert i dette arbeidet. Per enhet aminemasse var den optimale og praktiske CO2 for faste sorbenter opptil 6,02 og 5 mmol / g, henholdsvis innen 5 vol% av CO2 innløpsgasstilstand ved 75 °C adsorpsjonstemperatur. Syklusstabiliteten til fast sorbent i et rent N2-regenereringsmiljø oppnådde et enestående resultat som henholdsvis 99,1% og 95,4% under mild og hard tilstand.

I tillegg ble studier av aminbelastningskontroll og sammenligning med tidligere masterstudenters arbeid diskutert i denne avhandlingens forskning.

Mesoporous silica sorbents were prepared at different synthesis conditions by conventional sol-gel methods. The rigid spherical silica sorbents of high surface area and high porosity in narrow distribution were tuned by varying initial gel composition and operation condition and studied Physical properties and morphology studies were carried out by nitrogen adsorption / desorption and SEM techniques. The surface area, pore volume and pore size of synthesis silica sorbents in this study were up to 700 m2/g, 1.5 cm3/g and 7 nm, respectively. These mesoporous silica particles had a size in range of 4 to 10 µm.

CO2 adsorption and desorption performance of synthesized sorbents were studied via TGA after amine modification at different loading concentrations. Both equilibrium and working CO2 capacity of PEI-modified mesoporous silica were discussed in this work. As per unit amine mass, the optimum and practical CO2 of solid sorbents were up to 6.02 and 5 mmol/g, respectively within a 5 vol.% of CO2 inlet gas condition at 75 °C adsorption temperature. The cycle stability of solid sorbent in a pure N2 regeneration environment obtained an outstanding result as 99.1 % and 95.4 % under mild and harsh condition, respectively.

In addition, studies of amine loading check and comparison with previous master student’s work were also discussed in this thesis research.