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....

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 su.......

matériels

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