Композитные сорбенты CO2 на основе 1-этил-3-метилимидазолия глицината: зависимость сорбционных свойств от текстуры носителя и анализ потребления тепловой энергии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведены исследования сорбции CO2 композитными сорбентами на основе ионной жидкости 1-этил-3-метилимидазолия глицината, диспергированной в порах мезопористого носителя (силикагеля). Сорбенты готовили методом пропитки носителей спиртовым раствором ионной жидкости, где в качестве носителя использовали набор из четырех коммерческих силикагелей, различающихся параметрами пористой структуры. Показано, что увеличение среднего размера пор силикагеля с 4.7 до 17.4 нм позволяет увеличить эффективность сорбции CO2 с 96.3 до 131.1 мг(СО2 ) на 1 г ионной жидкости. Изучена стабильность композитных сорбентов в циклических сорбционных экспериментах и в условиях линейного нагрева, показано, что на стабильность сорбционной емкости может существенно влиять температура регенерации образца. Так, снижение температуры регенерации с 373 до 353 K приводит к значительному увеличению стабильности значений сорбционной емкости. Определена теплоемкость 1-этил-3-метилимидазолия глицината (333 Дж·г–1 ·K–1 ), теплота сорбции CO2 композитными материалами (80.1–82.7 кДж·моль–1 ), а также проведен анализ потребления тепловой энергии на регенерацию композитных материалов в рамках сорбционного цикла [3.5–3.6 кДж·г(СО2 )–1 ].

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Андрей Жидрунович Шешковас

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0009-0005-9822-6749
Россия, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5

Жанна Вячеславовна Веселовская

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0000-0003-1606-3746

к.х.н.

Россия, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5

Владимир Алексеевич Рогов

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН; Новосибирский государственный университет

Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0009-0009-3269-969X

к.х.н.

Россия, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, д. 1

Антон Сергеевич Шалыгин

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН; Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН

Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0000-0002-7414-4256

к.х.н.

Россия, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5; 119991, Москва, Ленинский пр., д. 47

Олег Николаевич Мартьянов

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0000-0001-9999-8680

д.х.н.

Россия, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5

Денис Владимирович Козлов

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН; Новосибирский государственный университет

Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0000-0002-4107-8694

д.х.н.

Россия, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, д. 1

Список литературы

  1. Meng F., Meng Y., Ju T., Han S., Lin L., Jiang J. Research progress of aqueous amine solution for CO2 capture: A review // RSER. 2022. V. 168. ID 112902. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112902
  2. Wang J., Huang L., Yang R., Zhang Z., Wu J., Gao Y., Wang Q., O ʹ Hare D., Zhong Z . Recent advances in solid sorbents for CO2 capture and new development trends // Energy Environ. Sci. 2014. V. 7. N 11. P. 3478–3518. https://doi.org/10.1039/C4EE01647E
  3. Lombardo L., Ko Y., Zhao K., Yang H., Züttel A. Direct CO2 capture and reduction to high-end chemicals with tetraalkylammonium borohydrides // Angew. Chem. Int. Ed. 2021. V. 60. N 17. P. 9580–9589. h ttps://doi.org/10.1002/anie.202100447
  4. Knuutila H. K., Rennemo R., Ciftja A. F. New solvent blends for post-combustion CO2 capture // GEE. 2019. V. 4. N 4. P. 439–452. h ttps://doi.org/10.1016/j.gee.2019.01.007
  5. Yang Q., Wang Z., Bao Z., Zhang Z., Yang Y., Ren Q., Xin H., Dai S . New insights into CO2 absorption mechanisms with amino-acid ionic liquids // ChemSusChem. 2016. V. 9. N 8. P. 806–812. h ttps://doi.org/10.1002/cssc.201501691
  6. Gurkan B. E., de la Fuente J. C., Mindrup E. M., Ficke L. E., Goodrich B. F., Price E. A., Schneider W. F., Brennecke J. F . Equimolar CO2 absorption by anion-functionalized ionic liquids // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. N 7. P. 2116–2117. h ttps://doi.org/10.1021/ja909305t
  7. Danckwerts P. V . The reaction of CO2 with ethanolamines // Chem. Eng. Sci. 1979. V. 34. N 4. P. 443–446. h ttps://doi.org/10.1016/0009-2509(79)85087-3
  8. Chen F. F., Huang K., Fan J. P., Tao D. J. Chemical solvent in chemical solvent: A class of hybrid materials for effective capture of CO2 // AIChE J. 2018. V. 64. N 2. P. 632–639. https://doi.org/10.1002/aic.15952
  9. [9] Шешковас А. Ж., Веселовская Ж. В., Селищев Д. С., Козлов Д. В . Низкотемпературные композитные сорбенты CO2 на основе аминосодержащих соединений (обзор) // ЖПХ. 2023. Т. 96. № 3. C. 226–244. h ttps://doi.org/10.31857/S0044461823030015 Sheshkovas A. Zh., Veselovskaya J. V., Selishchev D. S., Kozlov D. V . Low-temperature composite C 2 sorbents based on amine-containing compounds // Russ. J. Appl. Chem. 2023. V. 96. N 3. P. 257–274. h ttps://doi.org/10.1134/S1070427223030011 ].
  10. Uehara Y., Karami D., Mahinpey N . Roles of cation and anion of amino acid anion-functionalized ionic liquids immobilized into a porous support for CO2 // Energy & Fuels. 2018. V. 32. N 4. P. 5345–5354. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.8b00190
  11. Balsamo M., Erto A., Lancia A., Totarella G., Montagnaro F., Turco R. Post-combustion CO2 capture: On the potentiality of amino acid ionic liquid as modifying agent of mesoporous solids // Fuel. 2018. V. 218. P. 155–161. h ttps://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.01.038
  12. Sheshkovas A. Z., Veselovskaya J. V., Rogov V. A., Kozlov D. V . Thermochemical study of CO2 capture by mesoporous silica gel loaded with the amino acid ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium glycinate // Micropor. Mesopor. Mater. 2022. V. 341. ID 112113. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2022.112113
  13. Wang J., Petit C., Zhang X., Park A. H. A. Simultaneous measurement of CO2 sorption and swelling of phosphate-based ionic liquid: Special Issue: CO2 capture // Green Energy Environ. 2016. V. 1. N 3. P. 258–265. https://doi.org/10.1016/j.gee.2016.11.004
  14. Muhammad N., Man Z. B., Bustam M. A., Mutalib M. A., Wilfred C. D., Rafiq S. Synthesis and thermophysical properties of low viscosity amino acid-based ionic liquids // J. Chem. Eng. Data. 2011. V. 56. N 7. P. 3157–3162. h ttps://doi.org/10.1021/je2002368
  15. Liu X., Zhou G., Zhang S., Wu G. Molecular simulation of imidazolium amino acid-based ionic liquids // Mol. Simul. 2010. V. 36. N 14. P. 1123–1130. h ttps://doi.org/10.1080/08927022.2010.497923
  16. Wappel D., Gronald G., Kalb R., Draxler J. Ionic liquids for post-combustion CO2 absorption // Int. J. Greenhouse Gas Control. 2010. V. 4. N 3. P. 486–494. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2009.11.012
  17. Just P. E . Advances in the development of CO 2 capture solvents // Energy Procedia. 2013. V. 37. P. 314–324. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.05.117

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость сорбционной емкости в мольном отношении ( N ) композитными материалами на основе 1-этил-3-метилимидазолия глицината ([Emim][Gly]) и набора коммерчески доступных силикагелей [силикагели для хроматографии 40 Å (SiO 2 -1), 60 Å (SiO 2 -2), 90 Å (SiO 2 -3) (Acros Organics) и Davisil 646 grade 150 Å (SiO 2 -4) (Sigma-Aldrich), кат. номера AC241670010, 10256770, 10721804, 236845] от размера пор носителя ( D п ).

Скачать (62KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Динамика изменения массы композитного материала 1-этил-3-метилимидазолия глицинат:силикагель (Davisil 646 grade, 150 Å, Sigma-Aldrich, кат. номер 236845) 40:60 мас./мас. в циклических сорбционных экспериментах.

Скачать (103KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) композитного материала 1-этил-3-метилимидазолия глицинат:силикагель (Davisil 646 grade, 150 Å, Sigma-Aldrich, кат. номер 236845) 40:60 мас./мас.

Скачать (109KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ИК-спектры ионной жидкости 1-этил-3-метилимидазолия глицината при ступенчатом нагреве до 473 K.

Скачать (81KB)
Метаданные
6. Анион аминокислоты I

Скачать (24KB)
Метаданные
7. Цвиттер-ион II

Скачать (67KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024