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....

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 elimina.......

Materiales

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