Dehydration and Intercalation of CO2 in Fe-Fluorohectorites and Thermogravimetric Analysis of Cation Exchanged Fluorohectorites

Abstract

Karbonfangst i leire er blitt undersøkt som et resultat av økende CO2 i atmosfæren. CO2 kan absorberes i leire [1] og i denne oppgaven er denne absorpsjon undersøkt for prøvene Fe(III)-FHT og Fe(III)-FHT-sim, som er fluor-hektoritt med forskjellig protokoll for kation utbytting av Fe3+ . Målinger ved ESRF med røntgendiffraksjon viste at Fe(III)-FHT hadde et CO2 -opptak som tilsvarer en utvidelse på 0.47 Å mellom leirelagene ved 50 bar. Tørr Fe(III)-FHT har en basal avstand på 10.74 Å. Opptaket av CO2 startet ved 18 bar og fulgte en hysterese kurve som tilsier at CO2 har vanskeligheter for å gå ut av leiren når den først er tatt opp. Oppvarming til 423 K førte leirelagene tilbake til en avstand tilsvarende tørr prøve. Fe(III)- FHT-sim ga et utvidelse på 0.55 Å etter 3 timer ved 40 bar CO2 . Dette viser at opptaket av leire også kan være veldig langsomt og vankelig å oppdage. Dette er i kontrast til Fe(III)-FHT, hvor absorpsjonen er demonstrert til å være hurtig (∼ min). Begge prøvene viste at CO2 ikke blir tatt opp mellom alle leirelagene, men kun delvis tatt opp. CO2 -opptak i leire er forskjellig ved tilstedeværelse av vann [2]. Derfor har TGA målinger av tørkingen av Fe(III)-FHT, Fe(II & III)-FHT -sim & -pre, CuFHT, Mg-FHT, Zn-FHT, Mn-FHT and Ni-FHT blitt undersøkt. Prøvene har mellom 6.7-16.2% vann og et vannlag rundt hydroksidet ved en luftfuktighet på 43%. Det varierer fra prøve til prøve om hydroksidet mellom leirelagene brytes ned ved den forventede temperaturen. FHT prøver med jernhydroksid viser seg å tørke ved 423 K og for å tørke mellom leirelagene må også vakuum settes på prøvene.

The interlayer pore space of clay minerals have shown to be a competitive adsorption material for carbon dioxide. In this report the uptake of CO2 in two different Fe3+ exchanged fluorohectorite (Fe(III)- FHT & Fe(III)-FHT-sim) has been studied. Dried Fe(III)-FHT showed a swelling at 18 bar of CO2 . Both increased pressure and high pressure over time resulted in increased swelling. The swelling was largest at 50 bar for different pressure steps: 0.48 Å thicker interlayer compared to dry Fe(III)-FHT, which has a d-spacing of 10.74 Å. High pressurized sample gave a swelling of 0.55 Å after 3 hours for Fe(III)- FHT-sim. The swelling is related to CO2 adsorption in the interlayer, where iron hydroxides works as adsorptions sites. After exposure, the CO2 stayed in the interlayer for low pressures and desorbed only when the fluorohectorite was heated. The intercalation was reversible and CO2 was fully removed from the clay at 423 K. Thermogravimetric analysis showed a water amount between 6.7- 16.2% and the possibility of dehydroxylation for intercalated hydroxides. The dried samples did not show water uptake upon cooling above 323 K. Additionally, the more amorphous samples of dried Fe(III)-FHT showed an increased ability for water uptake at 298 K.