Une méthodologie synthétique pour la préparation de composites de silice à base d’amine imprégnés et greffés pour la capture du carbone

Résumé

Ce travail vise à faciliter le développement de techniques standardisées d’imprégnation ou de greffe de composés aminés sur des substrats de silice, qui sont souvent largement décrites dans la littérature. Les quantités spécifiques de solvant, de substrat, d’amines et les valeurs d’autres paramètres expérimentaux importants seront discutées en détail.

Résumé

Récemment, des efforts considérables ont été déployés pour réduire ou atténuer les émissions de CO₂ grâce à l’utilisation de matériaux de capture du carbone pour les méthodes de captage ponctuel ou de captage direct de l’air (DAC). Ce travail se concentre sur les adsorbants de CO₂ fonctionnalisés par les amines pour le DAC. Ces matériaux sont prometteurs pour l’élimination du CO₂ car ils ont une faible consommation d’énergie de régénération et une capacité d’adsorption élevée. L’incorporation d’espèces d’amines dans un substrat poreux combine les avantages de l’affinité de l’espèce amine pour le CO₂ avec les grands volumes de pores et les grandes surfaces du substrat poreux. Il existe trois méthodes couramment utilisées pour préparer des absorbants de CO₂ à base d’amines, en fonction de la sélection de l’espèce d’amine, du support matériel et de la méthode de préparation. Ces méthodes sont l’imprégnation, le greffage ou la synthèse chimique. La silice est un choix répandu de matériau de substrat en raison de la taille réglable de ses pores, de sa tolérance à l’humidité, de sa stabilité à la température et de sa capacité à adsorber le CO₂ à de faibles concentrations pour les applications DAC. Les procédures de synthèse typiques et les principales caractéristiques des composites amine-silice imprégnés et greffés sont décrites ici.

Introduction

Les émissions anthropiques de CO 2 au cours des dernières décennies ont été largement impliquées comme le principal facteur à l’origine de l’effet de serre et, par conséquent, du changement climatique associé 1,2,3,4. Il existe deux méthodes générales de captage du CO₂ : la captation à la source ponctuelle et la captation directe dans l’air. Depuis plus de 50 ans, les technologies de captage du_CO2 par voie humide sont utilisées pour le captage à la source ponctuelle dans l’industrie afin d’atténuer les émissi....

Protocole

REMARQUE : Les détails relatifs à l’équipement, à l’instrumentation et aux produits chimiques utilisés dans cette section se trouvent dans le tableau des matériaux.

1. Imprégnation de la silice avec de la polyéthylèneimine de 800 g/mol de masse molaire (PEI 800)

1. Préparation de la réaction
   1. Utilisez du méthanol anhydre comme solvant dans cette réaction. Il a un point d’ébullition bas ; Ainsi, sa volatilité facilite son élimination ultérieure à des températures plus basses.
      REMARQUE : Le solvant anhydre est important car l’eau peut empêcher le PEI 800 de pénétrer dans les pores du support d....

Résultats

La TGA est couramment utilisée pour quantifier la quantité d’amine chargée ou greffée à la surface de la silice pour ces matériaux. Les courbes TGA obtenues montrent une perte de solvant résiduel et d’eau comprise entre 60 °C et 100 °C, qui est indiquée dans la courbe de poids dérivé (poids %/°C) comme premier pic, et une perte d’amine, qui est indiquée dans la courbe de poids dérivé (poids %/°C) comme deuxième pic. Dans le cas de la silice imprégnée de l’Île-du-Prince-Édouard, cette perte d’amine devrait apparaître entr.......

Discussion

Les méthodes décrites dans le présent document visent à fournir un protocole pour la préparation d’adsorbants composites aminés et greffés à base d’amine et de silice. Les procédures que nous avons documentées sont basées sur l’examen des techniques rapportées dans la littérature et de celles affinées dans notre laboratoire. ^1,2,3. La préparation de ces matériaux est utile dans le domaine de la recherche sur l’élimination du dio.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Méthanol anhydre	Sigma-Aldrich	322415	N’est pas livré avec
toluène anhydre	Sigma-Aldrich	244511	Livré avec
plaque chauffante d’agitation en céramique	à étanchéité sûre NA	NA	La taille, l’humidité et les capacités thermiques de la plaque d’agitation varient en fonction des installations de laboratoire individuelles.
Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)  ;	Spectromètre Nicolet série i550	NA	Fonctionne sur le logiciel standard OMNIC
Seringue étanche au gaz  ;	NA	NA	Tant que la seringue étanche au gaz est équipée d’un piston en PTFE et d’un embout Luer, elle est adaptée à la technique sensible à l’air et peut être utilisée dans ce protocole.
Flacon en verre	NA	NA  ;	Tant que le flacon est en verre borosilicaté et qu’il a un bouchon à vis, le nom de la marque, la taille ou la forme générale n’ont pas d’importance pour le protocole.
MCM-41 silice	ACS Matériau  ;	MSM41A01  ;	N° CAS 7631-86-9
Aiguille en métal	NA	Les	aiguilles de seringue doivent être en acier inoxydable. Il est recommandé de déterminer la longueur et le diamètre extérieur de l’aiguille en fonction de ce qui sera transféré à l’aide de la seringue étanche au gaz. Pour de grandes quantités de liquide, un diamètre extérieur plus grand améliorera les taux de transfert.
N'-(3-triméthylsilyl propyl) diéthylène (DAS)	Sigma-Aldrich	104884	Livré avec un sceau sûr  ;
Polyéthylèneimine (PEI)	Sigma-Aldrich	408719	n’est pas livré avec
fiole à fond rond Schlenk à étanchéité	ChemGlass AirFree	NA	Tant que la fiole est adaptée à la pression et à la température élevées, mais que le nom de la marque, la taille ou la forme générale n’ont pas d’importance pour le protocole
Analyse thermogravemétrique (TGA)  ;	Série NA		550 de TA Advantage de Waters et TA Instruments