Name: מתודולוגיה סינתטית להכנת חומרים מרוכבים מבוססי אמין ספוג ומושתל ללכידת פחמן (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-09-29T14:40:00.000+00:00
Duration: 8 min
Description: למד מתודולוגיה סינתטית להכנת חומרים מרוכבים מבוססי אמין ספוג ומושתל ללכידת פחמן ישירה מהאוויר. הפרוטוקול מספק הנחיות ברורות לשכפוליות ולהשוואת יכולות ספיגת פחמן דו-חמצני.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

שרלוט מ. וונץ רוצה להכיר במימון באמצעות פרס NIST # 70NANB8H165. Zois Tsinas רוצה להכיר מימון באמצעות פרס NIST # 70NANB22H140.

הספגה והשתלה של תרכובות מודבקות על מצעי סיליקה

<ol><li>Zhu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+direct+air+capture+by+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Recent advances in direct air capture by adsorption.</a> Chemical Society Reviews. 51 (15), 6574-6651 (2022).</li>
<li>Zhao, P., Zhang, G., Yan, H., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+latest+development+on+amine+functionalized+solid+adsorbents+for+post-combustion+CO2+Capture%3A+Analysis+review%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Chemical+Engineering%22%5BJournal%5D)">The latest development on amine functionalized solid adsorbents for post-combustion CO2 Capture: Analysis review.</a> Chinese Journal of Chemical Engineering. 35 (8), 17-43 (2021).</li>
<li>Chen, D., Zhang, S., Row, K. H., Ahn, W. -S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amine-silica+composites+for+CO2+capture%3A+A+short+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Energy+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Amine-silica composites for CO2 capture: A short review.</a> Journal of Energy Chemistry. 26 (5), 868-880 (2017).</li>
<li>Nie, L., Mu, Y., Jin, J., Chen, J., Mi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+developments+and+considerations+issues+in+solid+adsorbents+for+CO2+capture+from+flue+gas%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Chemical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Recent developments and considerations issues in solid adsorbents for CO2 capture from flue gas.</a> Chinese Journal of Chemical Engineering. 26 (11), 2303-2317 (2018).</li>
<li>Nithyashree, N., Manohara, G. V., Maroto-Valer, M. M., Garcia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+high-temperature+CO2+sorbents+with+improved+long-term+cycling+stability%5BTitle%5D)+AND+%22American+Chemical+Society+Applied+Material+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Advanced high-temperature CO2 sorbents with improved long-term cycling stability.</a> American Chemical Society Applied Material Interfaces. 12 (30), 33765-33774 (2020).</li>
<li>Song, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alternative+pathways+for+efficient+CO2+capture+by+hybrid+processes-A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+and+Sustainable+Energy+Review%22%5BJournal%5D)">Alternative pathways for efficient CO2 capture by hybrid processes-A review.</a> Renewable and Sustainable Energy Review. 82, 215-231 (2018).</li>
<li>Rochelle, G. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amine+scrubbing+for+CO2+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Amine scrubbing for CO2 capture.</a> Science. 325 (5948), 1625-1654 (2009).</li>
<li>Vaidye, P. D., Kenig, E. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CO2-alkanolamine+reaction+kinetics%3A+A+review+of+recent+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">CO2-alkanolamine reaction kinetics: A review of recent studies.</a> Chemical Engineering & Technology. 30 (11), 1467-1474 (2007).</li>
<li>Veawab, A., Tontiwachwuthikul, P., Chakma, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Corrosion+behavior+of+carbon+steel+in+the+CO2+adsorption+process+using+aqueous+amine+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+%26+Engineering+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Corrosion behavior of carbon steel in the CO2 adsorption process using aqueous amine solutions.</a> Industrial & Engineering Chemical Research. 38 (10), 3917-3924 (1999).</li>
<li>Chen, S., Bhattacharjee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trimodal+nanoporous+silica+as+a+support+for+amine-based+CO2+adsorbents%3A+Improvement+in+adsorption+capacity+and+kinetics%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Trimodal nanoporous silica as a support for amine-based CO2 adsorbents: Improvement in adsorption capacity and kinetics.</a> Applied Surface Science. 396, 1515-1519 (2017).</li>
<li>Jiao, J., Cao, J., Xia, Y., Zhao, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+of+adsorbent+materials+for+CO2+capture+by+amine+functionalized+mesoporous+silica+with+worm-hole+framework+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">Improvement of adsorbent materials for CO2 capture by amine functionalized mesoporous silica with worm-hole framework structure.</a> Chemical Engineering Journal. 306, 9-16 (2016).</li>
<li>Guo, X., Ding, L., Kanamori, K., Nakanishi, K., Yang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functionalization+of+hierarchically+porous+silica+monoliths+with+polyethyleneimine+%28PEI%29+for+CO2+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">Functionalization of hierarchically porous silica monoliths with polyethyleneimine (PEI) for CO2 adsorption.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 245, 51-57 (2017).</li>
<li>Fatima, S. S., Borhan, A., Ayoub, M., Ghani, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+progress+of+functionalized+silica-based+adsorbents+for+CO2+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Liquids%22%5BJournal%5D)">Development and progress of functionalized silica-based adsorbents for CO2 capture.</a> Journal of Molecular Liquids. 338, 116913(2021).</li>
<li>Cheng, J., Liu, M., Hu, L., Li, Y., Wang, Y., Zhou, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polyethyleneimine+entwine+thermally-treated+Zn%2FCo+zeolitic+imidazolate+frameworks+to+enhance+CO2+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">Polyethyleneimine entwine thermally-treated Zn/Co zeolitic imidazolate frameworks to enhance CO2 adsorption.</a> Chemical Engineering Journal. 364, 530-540 (2019).</li>
<li>Zagho, M. M., Hassan, M. K., Khraisheh, M., Al-Maadeed, M. A. A., Nazarenko, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+recent+advances+in+CO2+separation+using+zeolite+and+zeolite-like+materials+as+adsorbents+and+fillers+in+mixed+matrix+membranes+%28MMMs%29%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal+Advances%22%5BJournal%5D)">A review on recent advances in CO2 separation using zeolite and zeolite-like materials as adsorbents and fillers in mixed matrix membranes (MMMs).</a> Chemical Engineering Journal Advances. 6, 100091(2021).</li>
<li>Wang, J., Wang, M., Zhao, B., Qiao, W., Long, D., Ling, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesoporous+carbon-supported+solid+amine+sorbents+for+low-temperature+carbon+dioxide+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+%26+Engineering+Chemistry+Research%22%5BJournal%5D)">Mesoporous carbon-supported solid amine sorbents for low-temperature carbon dioxide capture.</a> Industrial & Engineering Chemistry Research. 52 (15), 5437-5444 (2013).</li>
<li>Ünveren, E. E., Monkul, B. O., Sarioğlan, S., Karademir, N., Alper, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solid+amine+sorbents+for+CO2+capture+by+chemical+adsorption%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Petroleum%22%5BJournal%5D)">Solid amine sorbents for CO2 capture by chemical adsorption: A review.</a> Petroleum. 3 (1), 37-50 (2017).</li>
<li>Demir, H., Aksu, G. O., Gulbalkan, H. C., Keskin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF+membranes+for+CO2+capture%3A+Past%2C+present+and+future%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon+Capture+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">MOF membranes for CO2 capture: Past, present and future.</a> Carbon Capture Science & Technology. 2, 100026(2022).</li>
<li>Xu, X., Song, C., Andresen, J. M., Miller, B. G., Scaroni, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+polyethylenimine-modified+mesoporous+molecular+sieve+of+MCM-41+type+as+high-capacity+adsorbent+for+CO2+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Fuels%22%5BJournal%5D)">Novel polyethylenimine-modified mesoporous molecular sieve of MCM-41 type as high-capacity adsorbent for CO2 capture.</a> Energy & Fuels. 16 (6), 1463-1469 (2002).</li>
<li>Gelles, T., Lawson, S., Rownaghi, A., Rezaei, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+development+of+amine+functionalized+adsorbents+for+CO2+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Adsorption%22%5BJournal%5D)">Recent advances in development of amine functionalized adsorbents for CO2 capture.</a> Adsorption. 26 (94), 5-50 (2020).</li>
<li>Rao, N., Wang, M., Shang, Z., Hou, Y., Fan, G., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CO2+adsorption+by+amine-functionalized+MCM-41%3A+A+comparison+between+impregnation+and+grafting+modification+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Fuels%22%5BJournal%5D)">CO2 adsorption by amine-functionalized MCM-41: A comparison between impregnation and grafting modification methods.</a> Energy Fuels. 32 (1), 670-677 (2018).</li>
<li>Anyanwu, J. T., Wang, Y., Yang, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amine-grafted+silica+gels+for+CO2+capture+including+direct+air+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+%26+Engineering+Chemistry+Research%22%5BJournal%5D)">Amine-grafted silica gels for CO2 capture including direct air capture.</a> Industrial & Engineering Chemistry Research. 59 (15), 7072-7079 (2020).</li>
<li>Anyanwu, J. -T., Wang, Y., Yang, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CO2+capture+%28including+direct+air+capture%29+and+natural+gas+desulfurization+of+amine-grafted+hierarchical+bimodal+silica%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">CO2 capture (including direct air capture) and natural gas desulfurization of amine-grafted hierarchical bimodal silica.</a> Chemical Engineering Journal. 427 (14), 131561(2022).</li>
<li>Sanz, R., Calleja, G., Arencibia, A., Sanz-Pérez, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amino+functionalized+mesostructured+SBA-15+silica+for+CO2+capture%3A+Exploring+the+relation+between+the+adsorption+capacity+and+the+distribution+of+amino+groups+by+TEM%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">Amino functionalized mesostructured SBA-15 silica for CO2 capture: Exploring the relation between the adsorption capacity and the distribution of amino groups by TEM.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 158, 309-317 (2012).</li>
<li>Moon, H. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+impacts+of+support-polymer+interactions+on+the+dynamics+of+poly%28ethyleneimine%29+confined+in+mesoporous+SBA-15%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Understanding the impacts of support-polymer interactions on the dynamics of poly(ethyleneimine) confined in mesoporous SBA-15.</a> Journal of the American Chemical Society. 144 (26), 11664-11675 (2022).</li>
<li>Xu, X., Song, C., Andresen, J. M., Miller, B. G., Scaroni, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+characterization+of+novel+CO2+%26%2334%3Bmolecular+basket%26%2334%3B+absorbents+based+on+polymer-modified+mesoporous+molecular+sieve+MCM-41%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">Preparation and characterization of novel CO2 &#34;molecular basket&#34; absorbents based on polymer-modified mesoporous molecular sieve MCM-41.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 62 (1-2), 29-45 (2003).</li>
<li>Sousa, J. A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((H2S+and+H2O+combined+effect+on+CO2+capture+by+amino+functionalized+hollow+microsphere+silicas%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+%26+Engineering+Chemistry+Research%22%5BJournal%5D)">H2S and H2O combined effect on CO2 capture by amino functionalized hollow microsphere silicas.</a> Industrial & Engineering Chemistry Research. 60 (28), 10139-10154 (2021).</li>
<li>Rim, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-ambient+temperature+direct+air+capture+CO2+using+amine-impregnated+MIL-101%28Cr%29+enables+ambient+temperature+CO2%5BTitle%5D)+AND+%22JACS+Au%22%5BJournal%5D)">Sub-ambient temperature direct air capture CO2 using amine-impregnated MIL-101(Cr) enables ambient temperature CO2.</a> JACS Au. 2 (2), 380-393 (2022).</li>
</ol>

כל המחברים אינם חושפים ניגודי אינטרסים מתחרים. התיאור המלא של ההליכים המשמשים במאמר זה מחייב זיהוי של מוצרים מסחריים מסוימים וספקיהם. אין לפרש בשום אופן את הכללת מידע כזה כמציינת שמוצרים או ספקים כאלה מאושרים על ידי NIST, או מומלצים על ידי NIST, או שהם בהכרח החומרים, המכשירים, התוכנה או הספקים הטובים ביותר למטרות המתוארות.

השיטות המתוארות כאן נועדו לספק פרוטוקול להכנת חומרים סופגים ומושתלים של אמין סיליקה מרוכבים. ההליכים שתיעדנו מבוססים על סקירת טכניקות שדווחו בספרות ואלה ששוכללו במעבדה שלנו. 1,2,3. הכנת חומרים אלה שימושית בתחום המחקר לסילוק פחמן דו חמצני כדי לפתח או למדוד חומרים אחרים שעשויים לשמש להפחתת פליטתCO2 באטמוספרה (לכידת אוויר ישירה) או בתהליכים תעשייתיים (לכידת מקור נקודתי). בקרב חומרים סופגי אמין מוצק, סיליקה מזופורוס נמצאת...

פליטותCO2 האנתרופוגניות במהלך העשורים האחרונים היו מעורבות באופן נרחב כגורם העיקרי המניע את אפקט גזי החממה וכתוצאה מכך, שינויי האקלים הקשורים 1,2,3,4. ישנן שתי שיטות כלליות ללכידתCO2, מקור נקודתי ולכידת אוויר ישירה. במשך יותר מ-50 שנה, טכנולוגיות לכידת CO2 לקרצוף רטוב שימשו ללכידת מקור נקודתי בתעשייה כדי להפחית את פליטת CO2 5,6. טכנולוגיות אלה מבוססות על אמינים בפאזה נוזלית שמגיבים עם CO2 ליצירת קרבמטים בתנאי יובש ומימן פחמתי בנוכחות מים7,8, ראו איור 1. הסיבה העיקרית לכך שלכידה ואחסון של פחמן מנוצלים במקורות נקודתיים גדולים (תעשייתיים) היא כדי למנוע שחרור נוסף של כמויות גדולות של CO2, ובכך יש השפעה ניטרלית על ריכוזCO2 הכולל באטמוספירה. עם זאת, מערכות לכידת פחמן ממקור נקודתי סובלות ממספר חסרונות, כגון קורוזיה של ציוד, פירוק ממס ודרישות אנרגיה גבוהות להתחדשות9. לכידת אוויר ישירה (DAC) חורגת מעבר להפחתת פליטות ויכולה להקל על סילוקCO2 מהאטמוספירה. הסרתCO2 קיים זה הכרחית כדי להגביל את שינוי האקלים המתמשך. DAC היא מתודולוגיה מתפתחת ועליה לטפל בקשיים של הסרת ריכוזים נמוכים שלCO2 בתנאים אטמוספריים (400 עד 420 ppm), לפעול במגוון תנאים סביבתיים שונים, ולענות על הצורך בחומרים חסכוניים שניתן לעשות בהם שימוש חוזר פעמים רבות 1,2,3. נדרשת עבודה משמעותית לזיהוי חומרים העונים על דרישות אלה, אשר יאיצו את אימוץ DAC וישפרו את הכדאיות הכלכלית שלו. והכי חשוב, יש לבסס קונצנזוס קהילתי על פרמטרים קריטיים של מדידה, שהוא חיוני לפיתוח חומרי אמות מידה.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65845/65845fig01.jpg"> איור 1: סכמה של מנגנון לכידת CO2 ספיגת אמין נוזלי צפוי. התגובה העליונה היא בתנאי יובש, והתגובה התחתונה היא בנוכחות לחות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65845/65845fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
במאמץ לתקן חסרונות אלה, מחקר ופיתוח ניכרים של טכנולוגיית חומרים נקבוביים חדשנית הביאו למגוון רחב של חומרים מבטיחים שיש להם פוטנציאל לשמש כחומרי לכידה או מצעים עבור DAC. דוגמאות לחומרים כאלה כוללות מיני סיליקה מזופורוס 10,11,12,13, זאוליטים14,15, פחמן פעיל 16,17 ומסגרות מתכת-אורגניות 18. חומרים סופחי אמין רבים הנתמכים על ידי מוצקים מראים גם סבילות גבוהה יותר למים, וזה שיקול חיוני בהסרתCO2 באמצעות גישות DAC. עבור יישומי DAC, החוקרים חייבים לקחת בחשבון תנאי סביבה רטובים/יבשים, טמפרטורות חמות/קרות וריכוזCO2 אטמוספרי מדולל כולל. בין חומרי המצע השונים, סיליקה משמשת בדרך כלל בגלל גודל הנקבוביות המתכווננות שלה, היכולת לתפקד בפני השטח ושטח פנים גדול 1,2,3. בעבודה זו מתוארים פרוצדורות סינתטיות טיפוסיות ומאפיינים עיקריים של חומרים מרוכבים ספוגים ומושתלים של אמין-סיליקה (איור 2). סינתזה ישירה, שבה החומר נעשה באתרו עם שני המרכיבים, מצע ואמין, היא מתודולוגיה נפוצה נוספת2.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65845/65845fig02.jpg"> איור 2: ייצוגים סכמטיים של ספיגה. ערבוב של מצע PEI וסיליקה במתנול באמצעות דיפוזיה (למעלה) והשתלת חומרים מרוכבים אמין-סיליקה באמצעות קשירה קוולנטית (למטה). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65845/65845fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
הספגה היא שיטה שבה אמין נספג פיזית על משטח, במקרה זה, תווך סיליקה נקבובי, באמצעות כוחות ואן דר ואלס וקשרי מימן בין משטח האמין למשטח סיליקה19, ראו איור 2. ממסים כגון אתנול ומתנול משמשים בדרך כלל לקידום הדיפוזיה של המולקולות לתוך המבנה הנקבובי של חומר המצע. ניתן גם לחמם את התמיסה כדי להגביר את המסיסות של פוליאמינים בעלי מסה מולרית גבוהה, ובכך להגדיל את ההומוגניות של חדירת אמין בתוך הנקבוביות. במקרה של חומרים ספוגים, כמות האמין שהוכנסה למצע סיליקה נקבעת על ידי הכמות הראשונית של האמין ושטח הפנים של המצע. אם כמות האמין המוחדרת עולה על שטח הפנים הזמין של מצע הסיליקה, מיני האמין יצטברו על פני השטח שלו. הצטברות זו ניכרת בקלות, שכן החומר הספוג ייראה כבעל ציפוי דמוי ג'ל, לרוב צהוב, ולא המראה הלבן והאבקתי הצפוי1. בין סוגים רבים של adsorbents מוצק בסיס אמין, polyethyleneimine (PEI) ו tetraethylene pentamine (TEPA) הם הנפוצים ביותר בשל יציבותם הגבוהה ותכולת חנקן גבוהה20. עבור מערכות ספוגות פיזית, ניתן לחשב את כמות ההעמסה התיאורטית של אמין מהכמויות המשוקללות מראש של המצע וצפיפות האמין. היתרון הברור של הספגה פיזית טמון בהליך הסינתזה הפשוט להכנתו, כמו גם בפוטנציאל לתכולת אמין גדולה בשל הנקבוביות הגבוהה של מצע הסיליקה. לעומת זאת, יציבות האמין בתוך הסיליקה מוגבלת מכיוון שאין קשר קוולנטי בין תמיכת האמין והסיליקה. לכן, לאחר מחזורים מרובים של ספיגה והתחדשות שלCO2 באמצעות חום או קיטור, האמין יכול לצאת מהנקבוביות. למרות חסרונות אלה, יישום חומרים כאלה עבור DAC טומן בחובו הבטחה גדולה להסרתCO2 מהאטמוספירה.
אפשרות נוספת להכנת חומרי DAC היא grafting. השתלה היא שיטה שבאמצעותה אמינים משותקים על מצע סיליקה נקבובי באמצעות תגובה כימית, כפי שמוצג באיור 2. תגובה זו מתרחשת על ידי תגובה של אמינוזילן עם הקבוצה הפונקציונלית של הסילנול של פני השטח, וכתוצאה מכך נוצר קשר קוולנטי. לכן, מספר הקבוצות הפונקציונליות על פני מצע הסיליקה משפיע על צפיפות האמין המושתל21,22. בהשוואה לסופחי אמין, שיטות השתלה כימיות היו בעלות יכולת ספיחת CO2 נמוכה יותר בעיקר בגלל עומס אמיןנמוך 21. לעומת זאת, אמינים שהושתלו כימית הגבירו את היציבות התרמית בשל המבנה הקוולנטי שלהם. יציבות זו יכולה להיות שימושית בהתחדשות החומר מכיוון שחומרים סופחים (כגון סיליקה מושתלת) מחוממים ומופעלים בלחץ כדי להסיר את ה-CO2 שנלכד לשימוש חוזר כדי לחסוך בחומר ובעלויות. בהליך סינתזה טיפוסי, מצע הסיליקה המזופורוס מפוזר בממס (למשל, טולואן נטול מים), ואחריו תוספת של אמינוזילנים. הדגימה המתקבלת נשטפת לאחר מכן כדי להסיר aminosilanes unreacted. דווח כי שיפורים בצפיפות האמינוזילן הושגו באמצעות הוספת מים, במיוחד עם SBA-15, כדי להרחיב את גודל הנקבוביות23. הליך ההשתלה שיתואר כאן משתמש בטכניקות רגישות ללחות. לכן, לא ייעשה שימוש במים נוספים. יישום חומרי אמינוזילן מושתלים עבור DAC מבטיח בשל יציבותם הצפויה במהלך תהליכי ספיחה וספיחה שלCO2. עם זאת, החסרונות העיקריים של מתודולוגיה זו כוללים את התגובות/הכנה המורכבות של חומרים אלה, מה שמוביל לעלות מוגברת, ואת יכולת ספיחתCO2 הנמוכה הכוללת שלהם, כלומר נדרשות כמויות גדולות יותר.
בסך הכל, תוצאות של מחקרים קודמים רבים מצביעות על כך שלמבנה המצע ולשינוי הקשור לאמין יש השפעה משמעותית על ביצועי הספיחה עם מחקרים ספציפיים המשתמשים בטכניקות כגון מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת (TEM) ופיזור נייטרונים קוואזי-אלסטי (QENS) כדי לאפיין באופן מלא חומרים אלה24,25. במילים אחרות, התכונות המבניות (למשל, נקבוביות ושטח פנים) של חומר המצע קובעות את עומס האמין, ולכן הגדלת פרמטרים אלה יכולה לשפר את קיבולתCO2 24,25. המשך המחקר על אופטימיזציה ועיצוב של חומרי מצע ותהליכי הכנה הוא קריטי לפיתוח של חומרים סופחים בעלי ביצועים גבוהים עבור DAC. מטרת עבודה זו היא לספק הדרכה על הספגה וסינתזה של אמין מושתל בתקווה להקל על שקיפות טובה יותר של טכניקות סינתטיות. בתוך הספרות, לא תמיד מתוארים פרטים ספציפיים על כמויות הממס, המצע והאמינים, מה שמקשה על הבנת המתאם בין כמויות העמסה ניסיוניות למדידות כמותיות של חומרים מרוכבים אמין-סיליקה. כמויות ההעמסה המדויקות ותיאור מפורט של הליכי הניסוי יסופקו כאן כדי להקל טוב יותר על השוואות מסוג זה.

<table><tbody><tr><td>מתנול נטול מים</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>322415</td><td>אינו מגיע עם</td></tr><tr><td>טולואן</td> נטול מים <td>Sigma-Aldrich</td><td>244511</td><td>בטוח מגיע עם</td></tr><tr><td>פלטה חמה לערבוב קרמיקה</td> בטוחה <td>NA</td><td>NA NA</td><td>הגודל, הוואטג' והיכולות התרמיות של צלחת המערבל ישתנו בהתאם למתקני המעבדה הבודדים.</td></tr><tr><td>ספקטרוסקופיה אינפרא אדום פורייה טרנספורמציה (FTIR)&nbsp;</td><td>ספקטרומטר מסדרת ניקולט i550</td><td>NA</td><td>פועל על תוכנה סטנדרטית OMNIC</td></tr><tr><td>מזרק אטום לגז&nbsp;</td><td>NA</td><td>NA</td><td>כל עוד למזרק האטום לגז יש בוכנה PTFE וקצה לואר, מתאים לטכניקה רגישה לאוויר וניתן להשתמש בו בפרוטוקול זה.</td></tr><tr><td>בקבוקון זכוכית</td><td>NA</td><td>&nbsp;</td><td>כל עוד הבקבוקון מיוצר אם זכוכית בורוסיליקט ויש לו מכסה מבוסס בורג, שם המותג, הגודל או הצורה הכללית אינם חשובים לפרוטוקול.</td></tr><tr><td>חומר MCM-41 סיליקה</td><td>ACS&nbsp;</td><td>MSM41A01&nbsp;</td><td>ע"מ 7631-86-9</td></tr><tr><td>מחטי מזרק</td><td>NA</td><td>NA</td> מחט מתכת <td>צריכות להיות נירוסטה. מומלץ לקבוע את אורך והקוטר החיצוני של המחט לפי מה שיועבר באמצעות המזרק האטום לגז. עבור כמויות גדולות של נוזלים, קוטר חיצוני גדול יותר ישפר את קצב ההעברה.</td></tr><tr><td>N'-(3-trimethylsilyl propyl) diethyleneamine (DAS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>104884</td><td>מגיע עם אטימה בטוחה&nbsp;</td></tr><tr><td>פוליאתילנימין (PEI)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>408719</td><td>אינו מגיע עם</td></tr><tr><td>בקבוק תחתון עגול של Schlenk</td><td>ChemGlass AirFree</td><td>NA</td><td>כל עוד הבקבוק מתאים ללחץ וטמפרטורה גבוהים אך שם המותג, הגודל או הצורה הכללית אינם חשובים לפרוטוקול</td></tr><tr><td>אנליזה תרמוגרבמטרית (TGA)&nbsp;</td><td>סדרת TA Advantage</td><td>NA</td><td>550 מבית Waters ו-TA Instruments</td></tr></tbody></table>

מתודולוגיה סינתטית להכנת חומרים מרוכבים מבוססי אמין ספוג ומושתל ללכידת פחמן

A Synthetic Methodology for Preparing Impregnated and Grafted Amine-Based Silica Composites for Carbon Capture

לאחרונה, נעשה מאמץ משמעותי להפחית או להפחית את פליטתCO2 באמצעות שימוש בחומרים ללכידת פחמן עבור מקור נקודתי או שיטות לכידת אוויר ישירה (DAC). עבודה זו מתמקדת בספיגת CO2 פונקציונלית של אמין עבור DAC. חומרים אלה מראים הבטחה לסילוקCO2 מכיוון שיש להם צריכת אנרגיה רגנרציה נמוכה ויכולת ספיחה גבוהה. שילוב מיני אמין במצע נקבובי משלב את יתרונות הזיקה של מיני האמין ל-CO2 עם נפחי הנקבוביות הגדולים ושטחי הפנים של המצע הנקבובי. ישנן שלוש שיטות נפוצות להכנת סורבי CO2 מבוססי אמין, בהתאם לבחירת מיני האמין, תמיכה חומרית ושיטת ההכנה. שיטות אלה הן ספיגה, השתלה או סינתזה כימית. סיליקה היא בחירה נפוצה של חומר המצע בגלל גודל הנקבוביות המתכוונן שלו, עמידות ללחות, יציבות טמפרטורה ויכולתו לספוחCO2 בריכוזים נמוכים עבור יישומי DAC. פרוצדורות סינתטיות טיפוסיות ותכונות עיקריות של מרוכבי אמין-סיליקה ספוגים ומושתלים מתוארים כאן.

TGA משמש בדרך כלל לכימות כמות האמין שהוטען או הושתל על פני השטח של סיליקה עבור חומרים אלה. עקומות TGA המתקבלות מראות אובדן של ממס שיורי ומים בין 60 ° C ל 100 ° C, אשר מוצג בעקומת משקל הנגזרת (משקל %/°C) כפסגה הראשונה, ואובדן אמין, המוצג בעקומת משקל הנגזרת (משקל %/°C) כשיא השני. עבור סיליקה ספוגת PEI, אובדן זה של אמין צפוי להופיע סביב 200 ° C עד 300 ° C, אשר מופיע כשיא השני בעקומת המשקל הנגזרת, ועבור סיליקה מושתלת DAS אובדן אמין צפוי להופיע סביב 350 ° C עד 550 ° C (איור 6). הירידה הכוללת במשק...

עבודה זו נועדה להקל על הפיתוח של טכניקות סטנדרטיות עבור הספגה או השתלה של תרכובות aminated על מצעי סיליקה, אשר מתוארים לעתים קרובות בהרחבה בספרות. כמויות ספציפיות של ממס, מצע, אמינים וערכים של פרמטרים ניסיוניים חשובים אחרים יידונו בפירוט.

Recently, there has been a significant effort towards reducing or mitigating CO2 emissions through the use of carbon capture materials for point source or ...

מדענים כאן ב- NIST מפתחים מדע מדידה קריטי וחומרי השוואה כדי להאיץ חדשנות ולחקור לכידת אוויר ישירה בזמן, יעילה וניתנת להרחבה, או DAC, לסילוק פחמן דו חמצני מהאטמוספירה. עבודה זו מתמקדת בקידום שיטות עבודה מומלצות להכנה, מדידה ודיווח של תרכובות סיליקה פונקציונאליות של אמין עבור יישומי DAC. פרוטוקול זה נותן מענה לאתגרי מחקר יוצאי דופן ולהליכים סינתטיים הניתנים לשחזור עבור חומרי DAC על ידי מתן הנחיות ותנאים ברורים תוך זיהוי שלבים קריטיים.בנוסף, אנו שואפים לאפשר השוואה משמעותית של יכולות פחמן דו חמצני של חומרים אלה באמצעות תיעוד ברור של פרמטרים ספציפיים של ניסויי ספיחה ספציפיים. אנו מפנים את מאמצינו לאפיון חומרי אמת מידה ופיתוח טכניקות סטנדרטיות כדי לטפח יכולת השוואה וביטחון רב יותר בתוצאות המדווחות.

a-synthetic-methodology-for-preparing-impregnated-grafted-amine-based

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לסנתז חומרים סיליקה bioinspired, לשתק אנזימים המצוי בו. סיליקה הוא מסונתז על ידי שילוב של סודיום סיליקט, אמין 'תוספת', אשר מנטרלים בקצב מבוקר. ניתן לשנות תכונות של חומר ותפקוד בחיי עיר אנזים הנייח או פוסט-סינתטי • חומצה תנאי של תוספים שעברו אנקפסולציה.

הכנת סיליקה פונקציונלי באמצעות שיטת Bioinspired

כאן אנחנו מדווחים את סינתזה ואפיון של פחמן nanoporous מסודרת (עם גודל הנקבוביות nm 4.6) SBA-15 (עם גודל הנקבוביות 5.3 ננומטר). העבודה מתארת השטח רקמתי מאפייני הנפות מולקולרית nanoporous, wettability שלהם, ואת ההתנהגות ההיתוך של D2O כלוא בתוך החומרים.

מאפייני משטח של פחמן Nanoporous מסונתז סיליקה מטריצות

הקבוצה החדשה של זרז מתכת לתזה מוכנה על ידי השתלת מתחם מתכת אמין על סיליקה הידרולטית. שברי מתכת פני השטח מאופיינים באמצעות FT-IR, מיקרואנליזה אלמנטלים, וספקטרוסקופיית NMR מוצק. עוד משטח הקיטוב הגרעיני הדינמי משופרת ניסויים ספקטרוסקופיית משלימים את הנחישות של כדור התיאום.

Imine מטאפיתזה על ידי הזרזים התומכים בסיליקה באמצעות מתודולוגיה של כימיה אורגנומתכתית של פני השטח

ננו-חלקיקי סיליקה הוכנו באמצעות קטליזה של חומצה של מבשר סילוקסן וטכניקות סינתטיות בסיוע מיקרוגל וכתוצאה מכך צמיחה מבוקרת של ננו-חומרים בקוטר של 30-250 ננומטר. ניתן לשלוט בדינמיקת הצמיחה על ידי שינוי ריכוז החומצה הסיליקית הראשונית, זמן התגובה וטמפרטורת התגובה.

הכנה של חלקיקי סיליקה באמצעות חומצה קטליזה בסיוע מיקרוגל

מטרתו של מחקר זה הייתה כדי ליצור דופן תא רקמות צמח סינטטי באמצעות הרכבה של סיבי nanocellulose ושכבה אחר שכבת ליגנין המבודד מורכב מתרחיפים מימיים לדלל. טכניקות מדידת פני השטח של microbalance גביש קוורץ ומיקרוסקופ כוח אטומי שימשו כדי לפקח על היווצרותו של חומר nanocomposite פולימר פולימר.

לקראת Biomimicking עץ: סרטים מפוברק חופשי עומדים בNanocellulose, ליגנין, וPolycation סינטטי

מאמר זה מתאר שיטת חילוץ סופר קריטית מהירה לבודת aerogels סיליקה. על ידי ניצול עובש מוגבל ועיתונות חמה הידראולית, יכול להתבצע aerogels מונוליטי בשמונה שעות או פחות.

הכנת מונוליתים Aerogel סיליקה באמצעות ראפיד סופר קריטי חילוץ שיטה

קורות תלת ממדי (3D) microstructured מרוכבים מיוצרים באמצעות החדירה המכוונת והמקומית של nanocomposites לרשתות microfluidic נקבוביים 3D. הגמישות של שיטת ייצור זו מאפשרת הניצול של חומרי תרמופלסטיים שונים וnanofillers כדי להשיג מגוון רחב של מוצרי nanocomposite חיזקו 3D הפונקציונלי מקרוסקופית.

ייצור של Nanocomposites microstructured תלת ממדי באמצעות Microfluidic הסתננות

מאמר זה יתמקד בפיתוח משטחים מצופים פולימר לטווח ארוך, תרבות היציבה של תאי גזע המופקת hepatocytes האנושי.

ייצוב Hepatocellular הפנוטיפ באמצעות משטחים סינטטיים אופטימליים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כיצד לקבוע את הכמות וההתפלגות של מתכות בדגימה באמצעות פלואורסצנציה של קרני רנטגן סינכרוטרון. אנו מתמקדים בתאים נצמדים, ומתארים את שיטת הקיבוע הכימי להכנת דגימה זו. לאחר מכן אנו מתארים כיצד להרכיב ולדמות את הדגימה באמצעות צילומי רנטגן סינכרוטרונים.

הכנת תאים חסידים הדמיה הקרינה רנטגן על ידי קיבוע כימי

הסינתזה של מינים אסימטריים של פרוקן מאתגרת באמצעות טכניקות תמיסה.  דוח זה מתמקד בשיטות שבוצעו לייצור ביו-מצומד פרוקן-ביוטין באמצעות תגובות קלות ונקיות המושגות באמצעות סינתזה בשלב מוצק.  שילוב של חלק תיולט הוכח כמקנה את היכולת לקיבוע על משטחי זהב.

מתודולוגיה סינתטית למערכות ביו-המצומד Asymmetric Ferrocene נגזרו באמצעות מתודולוגיה המבוססת על שרף שלב מוצקה

למד מתודולוגיה סינתטית להכנת חומרים מרוכבים מבוססי אמין ספוג ומושתל ללכידת פחמן ישירה מהאוויר. הפרוטוקול מספק הנחיות ברורות לשכפוליות ולהשוואת יכולות ספיגת פחמן דו-חמצני.

מתודולוגיה סינתטית להכנת חומרים מרוכבים מבוססי אמין ספוג ומושתל ללכידת פחמן

גלה סרטונים נוספים