炭素回収用の含浸およびグラフトアミン系シリカ複合材料を調製するための合成法

要約

この研究は、文献に広く記載されていることが多いシリカ基質にアミノ化化合物を含浸またはグラフト化するための標準化された技術の開発を促進することを目的としています。溶媒、基質、アミンの具体的な量、およびその他の重要な実験パラメータの値について詳しく説明します。

要約

最近では、点源または直接空気回収(DAC)法に炭素回収材料を使用することにより、_CO2 排出量の削減または軽減に向けた重要な取り組みが行われています。この研究は、DAC用のアミン官能化_CO2 吸着剤に焦点を当てています。これらの材料は、再生エネルギー消費量が少なく、吸着能力が高いため、_CO2 除去に期待できます。多孔質基材へのアミン種の取り込みは、アミン種の_CO2 に対する親和性の利点と、多孔質基質の大きな細孔容積および表面積とを兼ね備える。アミン系_CO2 吸着剤の調製には、アミン種の選択、材料担体、および調製方法に応じて、一般的に使用される3つの方法があります。これらの方法は、含浸、グラフト、または化学合成です。シリカは、調整可能な細孔径、耐湿性、温度安定性、およびDAC用途の低濃度の_CO2 を吸着する能力があるため、基板材料の一般的な選択肢です。含浸およびグラフトされたアミン−シリカ複合体の典型的な合成手順および主要な属性が本明細書に記載される。

概要

過去数十年にわたる人為起源の_CO2排出量は、温室効果ガス効果、ひいては関連する気候変動を引き起こす主な要因として広く関与しています1,2,3,4。CO2回収には、点源回収と直接空気回収の2つの一般的な方法があります。50年以上にわたり、_CO2排出量を軽減するために、業界内の点源回収にウェットスクラビング_CO2回収技術が利用されてきました^5,6。これらの技術は、乾燥条件下で_CO2と反応してカルバメートを形成する液相アミンと^{、水の存在}下で炭酸水素塩を形成する^7,8(図1参照)に基づいている。炭素回収・貯留が大規模(産業)発生源で利用される主な理由は、大量のCO2のさらなる放出を防ぎ、大気中の総_CO2濃度に中立的な効果をもたらすためです。しか....

プロトコル

注意: このセクションで使用される機器、計装、および化学薬品に関する詳細は、 材料表に記載されています。

1. 800 g/molモル質量のポリエチレンイミンによるシリカの含浸(PEI 800)

1. 反応の準備
   1. この反応では、溶媒として無水メタノールを使用します。沸点が低いです。したがって、その揮発性は、より低い温度での後の除去を容易にします。
      注:水はPEI 800がシリカ支持体の細孔に入るのを防ぐことができるため、無水溶媒は重要です。一般的に使用される別の溶媒はエタノールで、沸点が高く、より長い乾燥時間とより高い乾燥温度を必要とします。
   2. 式1を用いてアミンの質量分率(%)を計算する(ここで、mアミン=ア_ミン の質量、mシリカ=使用した_シリカ の質量)。
      関係式 1:
   3. MCM-41 シリカ中のアミン (w アミン) の質量分率は 59.9 % (_アミン 750....

ディスカッション

本明細書に記載の方法は、含浸およびグラフトされたアミンシリカ複合吸着剤を調製するためのプロトコルを提供することを意図する。私たちが文書化した手順は、文献で報告された技術と私たちの研究室で洗練された技術のレビューに基づいています。¹、^2、3。これらの材料の調製は、二酸化炭素除去研究の分野で、大.......

資料

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