A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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 בנו....

Protocol

הערה: פרטים הקשורים לציוד, למכשור ולכימיקלים המשמשים בסעיף זה ניתן למצוא בטבלת החומרים.

1. ספיגה של סיליקה עם פוליאתילנימין של 800 גרם / מול מסה מולרית (PEI 800)

  1. הכנת תגובה
    1. השתמש מתנול נטול מים כמו ממס בתגובה זו. יש לו נקודת רתיחה נמוכה; לפיכך, התנודתיות שלו מאפשרת את הסרתו מאוחר יותר בטמפרטורות נמוכות יותר.
      הערה: ממס נטול מים חשוב מכיוון שמים יכולים למנוע מ- PEI 800 להיכנס לנקבוביות של תמיכת הסיליקה. ממס נפוץ נוסף הוא אתנול, בעל נקודת רתיחה גבוהה יותר ודורש זמני ייבוש ארוכים יותר וטמפרטורות ייבוש גבוהות יותר.
    2. חשב את חלק המסה (%) של אמין באמצעות משוואה 1, כאשר m אמין = מסת

תוצאות

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 ?.......

Discussion

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 ?.......

Disclosures

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.

Acknowledgements

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

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Anhydrous methanolSigma-Aldrich322415Does not come with sure-seal
Anhydrous tolueneSigma-Aldrich244511Comes with sure-seal
Ceramic Stirring Hot PlateNANAThe size, watage, and thermal capabilities of the stirr plate will differ depending on individual lab facilities.
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) Nicolet i550 series spectrometerNARun on OMNIC standard software
Gastight syringe NANAAs 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 vialNANA 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 silicaACS Material MSM41A01 Cas no. 7631-86-9
Metal needleNANASyringe 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-Aldrich104884Comes with sure-seal 
Polyethyleneimine (PEI)Sigma-Aldrich408719Does not come with sure-seal
Schlenk round bottom flaskChemGlass AirFreeNAAs 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 AdvantageNA550 series from Waters and TA Instruments

References

  1. Zhu, X., et al. Recent advances in direct air capture by adsorption. Chemical Society Reviews. 51 (15), 6574-6651 (2022).
  2. Zhao, P., Zhang, G., Yan, H., Zhao, Y. The latest development on a....

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

CO2CO2CO2DAC

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved