Una metodología sintética para la preparación de compuestos de sílice a base de aminas impregnados e injertados para la captura de carbono

Resumen

Este trabajo tiene como objetivo facilitar el desarrollo de técnicas estandarizadas para la impregnación o injerto de compuestos aminados sobre sustratos de sílice, que a menudo se describen ampliamente en la literatura. Se discutirán en detalle las cantidades específicas de disolvente, sustrato, aminas y los valores de otros parámetros experimentales importantes.

Resumen

Recientemente, se ha realizado un esfuerzo significativo para reducir o mitigar las emisiones de_CO2 mediante el uso de materiales de captura de carbono para métodos de fuente puntual o captura directa de aire (DAC). Este trabajo se centra en los adsorbentes de CO₂ funcionalizados con aminas para DAC. Estos materiales son prometedores para la eliminación de_CO2 porque tienen un bajo consumo de energía de regeneración y una alta capacidad de adsorción. La incorporación de especies de aminas en un sustrato poroso combina las ventajas de la afinidad de las especies de aminas con el_CO2 con los grandes volúmenes de poros y áreas superficiales del sustrato poroso. Hay tres métodos comúnmente utilizados para preparar sorbentes de CO₂ a base de aminas, dependiendo de la selección de la especie de aminas, el soporte del material y el método de preparación. Estos métodos son la impregnación, el injerto o la síntesis química. La sílice es una opción frecuente de material de sustrato debido a su tamaño de poro ajustable, tolerancia a la humedad, estabilidad de temperatura y capacidad para adsorber_CO2 en bajas concentraciones para aplicaciones DAC. En este documento se describen los procedimientos sintéticos típicos y los atributos primarios de los compuestos de amina y sílice impregnados e injertados.

Introducción

Las emisiones antropogénicas de_CO2 en las últimas décadas han sido ampliamente implicadas como el principal factor que impulsa el efecto de los gases de efecto invernadero y, en consecuencia, el cambio climático relacionado 1,2,3,4. Existen dos métodos generales para la captura de CO₂, la fuente puntual y la captura directa de aire. Durante más de 50 años, las tecnologías de captura de CO₂ de lavado húmedo se han utilizado para la captura de fuentes puntuales dentro de la industria para mitigar las emisiones ....

Protocolo

NOTA: Los detalles relacionados con el equipo, la instrumentación y los productos químicos utilizados en esta sección se pueden encontrar en la Tabla de materiales.

1. Impregnación de sílice con polietileneimina de 800 g/mol de masa molar (PEI 800)

1. Preparación de la reacción
   1. Utilice metanol anhidro como disolvente en esta reacción. Tiene un punto de ebullición bajo; Así, su volatilidad facilita su posterior eliminación a temperaturas más bajas.
      NOTA: El solvente anhidro es importante porque el agua puede evitar que el PEI 800 ingrese a los poros del soporte de sílice. Otro solvente común....

Resultados

El TGA se usa comúnmente para cuantificar la cantidad de amina cargada o injertada en la superficie de sílice para estos materiales. Las curvas de TGA obtenidas muestran una pérdida de disolvente residual y agua entre 60 °C y 100 °C, que se muestra en la curva de peso derivado (% en peso/°C) como el primer pico, y una pérdida de amina, que se muestra en la curva de peso derivado (% en peso/°C) como el segundo pico. En el caso de la sílice impregnada con PEI, se espera que esta pérdida de amina aparezca entre los 200 °C y.......

Discusión

Los métodos descritos en este documento están destinados a proporcionar un protocolo para la preparación de adsorbentes compuestos de sílice de amina impregnados e injertados. Los procedimientos que hemos documentado se basan en la revisión de las técnicas reportadas en la literatura y las refinadas en nuestro laboratorio. ^1,2,3. La preparación de estos materiales es útil en el campo de la investigación sobre la eliminación de d.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Metanol anhidro	Sigma-Aldrich 322415		No viene con sellado seguro
Tolueno anhidro	Sigma-Aldrich	244511
placa calefactora de agitación cerámica	de	NA El	tamaño, la capacidad de vataje y las capacidades térmicas de la placa de agitación variarán según las instalaciones de laboratorio individuales.
Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR)	Espectrómetro de la serie Nicolet i550	NA	Ejecución en el software estándar OMNIC
Jeringa hermética al gas	NA	NA Siempre	que la jeringa hermética al gas tenga un émbolo de PTFE y una punta luer, es adecuada para técnicas sensibles al aire y se puede utilizar en este protocolo.
Frasco de vidrio	NA	NA	Siempre que el vial esté hecho de vidrio de borosilicato y tenga una tapa de rosca, el nombre de la marca, el tamaño o la forma general no importan para el protocolo.
MCM-41 sílice	ACS Material	MSM41A01	Nº Cas 7631-86-9
Aguja de metal	NA	NA	Las agujas de jeringa deben ser de acero inoxidable. Se recomienda determinar la longitud y el diámetro exterior de la aguja mediante lo que se transferirá con la jeringa hermética al gas. Para grandes cantidades de líquido, un diámetro exterior más grande mejorará las tasas de transferencia.
N'-(3-trimetilsilil propilo) dietileneamina (DAS)	Sigma-Aldrich	104884	Viene con sellado seguro
Polietileneimina (PEI)	Sigma-Aldrich	408719	No viene con
matraz de fondo redondo Schlenk	ChemGlass AirFree	NA	Siempre que el matraz sea adecuado para alta presión y temperatura, pero la marca, el tamaño o la forma general no importan para el protocolo
Análisis termogravemétrico (TGA)	Serie TA Advantage	NA	550 de Waters y TA Instruments