Method Article

منهجية اصطناعية لتحضير مركبات السيليكا القائمة على الأمين المشربة والمطعمة لالتقاط الكربون

DOI:

10.3791/65845

⸱

September 29th, 2023

 ,  , 
1Material Measurement Laboratory, National Institute of Standards and Technology (NIST), 2University of Maryland, 3Theiss Research

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يهدف هذا العمل إلى تسهيل تطوير تقنيات موحدة لتشريب أو تطعيم المركبات الأمينية على ركائز السيليكا ، والتي غالبا ما يتم وصفها على نطاق واسع في الأدبيات. ستتم مناقشة كميات محددة من المذيبات والركيزة والأمينات وقيم المعلمات التجريبية المهمة الأخرى بالتفصيل.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في الآونة الأخيرة ، كان هناك جهد كبير نحو تقليل أو تخفيف انبعاثات CO2 من خلال استخدام مواد احتجاز الكربون لمصدر النقطة أو طرق التقاط الهواء المباشر (DAC). يركز هذا العمل على الممتزات CO2 الوظيفية بالأمين ل DAC. هذه المواد تبشر بالخير لإزالة CO2 لأنها تتمتع باستهلاك منخفض للطاقة المتجددة وقدرة امتصاص عالية. يجمع دمج أنواع الأمين في ركيزة مسامية بين مزايا تقارب أنواع الأمين مع CO2 مع أحجام المسام الكبيرة ومساحات سطح الركيزة المسامية. هناك ثلاث طرق شائعة الاستخدام لإعداد المواد الماصة CO2 القائمة على الأمين ، اعتمادا على اختيار أنواع الأمين ، والدعم المادي ، وطريقة التحضير. هذه الطرق هي التشريب أو التطعيم أو التخليق الكيميائي. السيليكا هي الخيار السائد لمواد الركيزة بسبب حجم المسام القابل للتعديل ، وتحمل الرطوبة ، واستقرار درجة الحرارة ، والقدرة على امتصاص CO2 بتركيزات منخفضة لتطبيقات DAC. يتم وصف الإجراءات الاصطناعية النموذجية والسمات الأولية لكل من مركبات الأمين والسيليكا المشربة والمطعمة هنا.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كانتانبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ على مدى العقود العديدة الماضية متورطة على نطاق واسع باعتبارها العامل الرئيسي الذي يدفع تأثير غازات الدفيئة وبالتالي تغير المناخالمرتبط 1،2،3،4. هناك طريقتان عامتان لالتقاط CO2 ، مصدر النقطة والتقاط الهواء المباشر. لأكثر من 50 عاما ، تم استخدام تقنيات التقاط CO 2 للتنظيف الرطب لالتقاط مصدر النقطة داخل الصناعة للتخفيف من انبعاثات CO2 5,6. تعتمد هذه التقنيات على الأمينات ذات الطور السائل التي تتفا....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: يمكن العثور على التفاصيل المتعلقة بالمعدات والأجهزة والمواد الكيميائية المستخدمة في هذا القسم في جدول المواد.

1. تشريب السيليكا بالبولي إيثيلين من 800 جم / مول الكتلة المولية (PEI 800)

  1. تحضير رد الفعل
    1. استخدم الميثانول اللامائي كمذيب في هذا التفاعل. لديها نقطة غليان منخفضة. وبالتالي ، فإن تقلبه يسهل إزالته لاحقا في درجات حرارة منخفضة.
      ملاحظة: المذيب اللامائي مهم لأن الماء يمكن أن يمنع PEI 800 من دخول مسام دعامة السيليكا. مذيب آخر شائع الاستخدام هو الإيثانول ، الذي يحتوي على نقطة غليان أعلى ويتطلب أوقات تجفيف أطول ودرجات حرارة تجفيف أعلى.
    2. احسب الكسر الكتلي (٪) للأمين باست....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يستخدم التحليل الحراري الوزني (TGA) بشكل شائع لتحديد كمية الأمين المحملة أو المطعمة على سطح السيليكا لهذه المواد. تظهر منحنيات التحليل الحراري الوزني (TGA) التي تم الحصول عليها فقدانا للمذيب المتبقي والماء بين 60 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية، وهو ما يظهر في منحنى وزن المشتق (الوزن٪ / درجة مئوية) كقمة أولى، وفقدان الأمين، والذي يظهر في منحنى وزن المشتق (الوزن٪ / درجة مئوية) كقمة ثانية. بالنسبة للسيليكا المشبعة بجزيرة الأمير إدوارد ، من المتوقع أن تظهر هذه الخسارة من الأمين حوالي 200 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية ، والتي .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تهدف الطرق الموضحة هنا إلى توفير بروتوكول لإعداد الممتزات المركبة من السيليكا الأمينية المشربة والمطعمة. تستند الإجراءات التي وثقناها إلى مراجعة التقنيات الواردة في الأدبيات وتلك المكررة في مختبرنا. 1,2,3. يعد تحضير هذه المواد مفيدا في مجال أبحاث إزالة ثاني أكسيد الكربون لتطوير أو قياس المواد الأخرى التي يمكن استخدامها لخفض انبعاثات CO2 إما في الغلاف الجوي (التقاط الهواء المباشر) أو في العمليات الصناعية (التقاط مصدر ا.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لا يكشف جميع المؤلفين عن أي تضارب في المصالح المتنافسة. يتطلب الوصف الكامل للإجراءات المستخدمة في هذه الورقة تحديد بعض المنتجات التجارية ومورديها. لا ينبغي بأي حال من الأحوال تفسير تضمين هذه المعلومات على أنه يشير إلى أن هذه المنتجات أو الموردين معتمدون من قبل NIST ، أو موصى بهم من قبل NIST ، أو أنهم بالضرورة أفضل المواد أو الأدوات أو البرامج أو الموردين للأغراض الموضحة.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تود شارلوت إم وينتز أن تعترف بالتمويل من خلال جائزة NIST # 70NANB8H165. تود زويس تسيناس أن تعترف بالتمويل من خلال جائزة NIST # 70NANB22H140.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
الميثانول اللامائيسيجما ألدريتش322415لا يأتي مع
244511التولوين اللامائيسيجما ألدريتشمضطرب بختم
ثابت NAسيختلفالحجم والقدرات الحرارية للوحة التحريك اعتمادا على مرافق المختبر الفردية.
فورييه تحويل التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR)  مطياف سلسلة Nicolet i550NAتشغيل على برنامج OMNIC القياسي
حقنة Gastight NANAطالما أن المحقنة الضيقة للغاز تحتوي على مكبس PTFE وطرف لور ، فهي مناسبة للتقنية الحساسة للهواء ويمكن استخدامها في هذا البروتوكول.
قارورة زجاجيةNANA & nbsp ؛طالما أن القارورة مصنوعة إذا كان زجاج البورسليكات وله غطاء لولبي ، فإن اسم العلامة التجارية أو الحجم أو الشكل العام لا يهم البروتوكول.
MCM-41ACS السيليكا  MSM41A01 رقم كاس 7631-86-9
إبرة معدنيةNAحقنة تحتاج إلى أن تكون من الفولاذ المقاوم للصدأ. يوصى بتحديد طول الإبرة وقطرها الخارجي بما سيتم نقله باستخدام حقنة الغاز الضيقة. بالنسبة للكميات الكبيرة من السائل ، فإن القطر الخارجي الأكبر سيحسن معدلات النقل.
N'- (3-trimethylsilyl propyl) diethyleneamine (DAS)Sigma-Aldrich104884يأتي مع ختم مؤكد   ؛
البولي إيثيلين (PEI)Sigma-Aldrich408719لا يأتي مع
قارورة Schlenk ذات القاع المستديرالمؤكد ChemGlass AirFreeNAطالما أن القارورة مناسبة للضغط العالي ودرجة الحرارة ولكن اسم العلامة التجارية أو الحجم أو الشكل العام لا يهم لبروتوكول
التحليل الحراري (TGA)   ؛TA AdvantageNA550 من Waters و TA Instruments
يأتي مع لوح ساخن سيراميك مادة NA سلسلة

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Zhu, X., et al. Recent advances in direct air capture by adsorption. Chemical Society Reviews. 51 (15), 6574-6651 (2022).
  2. Zhao, P., Zhang, G., Yan, H., Zhao, Y. The latest development on amine functionali....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Amine Silica CompositesCarbon Capture MaterialsDirect Air CaptureCO2 AdsorbentsSilica ImpregnationAmine GraftingPorous SilicaSchlenk Line TechniqueAdsorption CapacityRegeneration Energy

Related Articles