Eine synthetische Methode zur Herstellung von imprägnierten und gepfropften Kieselsäure-Verbundwerkstoffen auf Aminbasis für die Kohlenstoffabscheidung

Zusammenfassung

Diese Arbeit zielt darauf ab, die Entwicklung standardisierter Techniken zur Imprägnierung oder Pfropfung aminierter Verbindungen auf Silica-Substraten zu erleichtern, die in der Literatur oft breit beschrieben sind. Spezifische Mengen an Lösungsmitteln, Substrat, Aminen und die Werte anderer wichtiger experimenteller Parameter werden im Detail diskutiert.

Zusammenfassung

In jüngster Zeit wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die CO_{2 -} Emissionen durch den Einsatz von Kohlenstoffabscheidungsmaterialien für Punktquellen- oder Direct Air Capture-Verfahren (DAC) zu reduzieren oder zu mindern. Diese Arbeit konzentriert sich auf aminfunktionalisierte CO_{2 -} Adsorbentien für DAC. Diese Materialien sind vielversprechend für die CO_{2 -} Entfernung, da sie einen geringen Energieverbrauch bei der Regeneration und eine hohe Adsorptionskapazität aufweisen. Der Einbau von Aminspezies in ein poröses Substrat kombiniert die Vorteile der Affinität der Aminspezies zu_CO2 mit den großen Porenvolumina und Oberflächen des porösen Substrats. Es gibt drei Methoden, die üblicherweise zur Herstellung von CO₂ -Sorptionsmitteln auf Aminbasis verwendet werden, abhängig von der Auswahl der Aminspezies, des Materialträgers und der Zubereitungsmethode. Diese Methoden sind Imprägnierung, Pfropfung oder chemische Synthese. Kieselsäure ist aufgrund ihrer einstellbaren Porengröße, Feuchtigkeitstoleranz, Temperaturstabilität und Fähigkeit, CO₂ in niedrigen Konzentrationen für DAC-Anwendungen zu adsorbieren, eine weit verbreitete Wahl des Substratmaterials. Typische Syntheseverfahren und primäre Eigenschaften sowohl imprägnierter als auch gepfropfter Amin-Siliciumdioxid-Verbundwerkstoffe werden hierin beschrieben.

Einleitung

Die anthropogenen CO 2 -Emissionen der letzten Jahrzehnte wurden weithin als Hauptfaktor für den Treibhauseffekt und damit für den Klimawandel angesehen 1,2,3,4. Es gibt zwei allgemeine Methoden für die CO_{2 -}Abscheidung: Punktquelle und direkte Luftabscheidung. Seit mehr als 50 Jahren werden in der Industrie Technologien zur Nasswäsche zur Abscheidung von CO2-Quellen eingesetzt, um die CO_{2 -}Emissionen zu mindern ^5,6. Diese Technologien basi....

Protokoll

HINWEIS: Details zu den in diesem Abschnitt verwendeten Geräten, Instrumenten und Chemikalien finden Sie in der Materialtabelle.

1. Imprägnierung von Kieselsäure mit Polyethylenimin mit einer Molmasse von 800 g/mol (PEI 800)

1. Vorbereitung der Reaktion
   1. Verwenden Sie wasserfreies Methanol als Lösungsmittel für diese Reaktion. Es hat einen niedrigen Siedepunkt; So erleichtert seine Flüchtigkeit seine spätere Entfernung bei niedrigeren Temperaturen.
      HINWEIS: Wasserfreies Lösungsmittel ist wichtig, da Wasser verhindern kann, dass PEI 800 in die Poren des Silica-Trägers eindringt. Ein weiteres ....

Diskussion

Die hierin beschriebenen Verfahren sollen ein Protokoll zur Herstellung von imprägnierten und gepfropften Amin-Siliciumdioxid-Komposit-Adsorbentien bereitstellen. Die Verfahren, die wir dokumentiert haben, basieren auf der Überprüfung von Techniken, über die in der Literatur berichtet wird, und solchen, die in unserem Labor verfeinert wurden. ^1,2,3. Die Aufbereitung dieser Materialien ist im Bereich der Kohlendioxidentfernun.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Anhydrous methanol	Sigma-Aldrich	322415	Does not come with sure-seal
Anhydrous toluene	Sigma-Aldrich	244511	Comes with sure-seal
Ceramic Stirring Hot Plate	NA	NA	The size, watage, and thermal capabilities of the stirr plate will differ depending on individual lab facilities.
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)	Nicolet i550 series spectrometer	NA	Run on OMNIC standard software
Gastight syringe	NA	NA	As long as the gas tight syringe has a PTFE plunger and luer tip, is suited for air sensitive technique and can be used in this protocol.
Glass vial	NA	NA	As long as the vial is made if borosilicate glass and has a screw based cap the brand name, size, or general shape does not matter for the protocol.
MCM-41 silica	ACS Material	MSM41A01	Cas no. 7631-86-9
Metal needle	NA	NA	Syringe needles need to be stainless steel. It is recommended to determine length and outerdiameter of needle by what will be transferred using the gas tight syringe. For large quantities of liquid a larger outer diameter will improve transfer rates.
N’-(3-trimethylsilyl propyl) diethyleneamine (DAS)	Sigma-Aldrich	104884	Comes with sure-seal
Polyethyleneimine (PEI)	Sigma-Aldrich	408719	Does not come with sure-seal
Schlenk round bottom flask	ChemGlass AirFree	NA	As long as the flask is suited for high pressure and temperture but the brand name, size, or general shape does not matter for the protocol
Thermogravemetric Anlysis (TGA)	TA Advantage	NA	550 series from Waters and TA Instruments