탄소 포집을 위한 함침 및 접목된 아민 기반 실리카 복합재를 제조하기 위한 합성 방법론

요약

이 작업은 아미네이트 화합물을 실리카 기판에 함침 또는 접목하기 위한 표준화된 기술의 개발을 촉진하는 것을 목표로 하며, 이는 종종 문헌에 광범위하게 설명되어 있습니다. 용매, 기질, 아민의 특정 양 및 기타 중요한 실험 매개변수의 값이 자세히 논의될 것입니다.

초록

최근에는 점오염원 또는 직접 공기 포집(DAC) 방법에 탄소 포집 재료를 사용하여_CO2 배출을 줄이거나 완화하기 위한 상당한 노력이 있었습니다. 이 연구는 DAC용 아민 기능성_CO2 흡착제에 중점을 둡니다. 이러한 물질은 재생 에너지 소비가 적고 흡착 능력이 높기 때문에_CO2 제거에 대한 가능성을 보여줍니다. 다공성 기판에 아민 종을 통합하면 CO₂ 에 대한 아민 종의 친화력의 장점과 다공성 기판의 큰 공극 부피 및 표면적이 결합됩니다. 아민 종의 선택, 재료 지지체 및 제조 방법에 따라 아민계_CO2 흡착제를 제조하는 데 일반적으로 사용되는 세 가지 방법이 있습니다. 이러한 방법은 함침, 접목 또는 화학 합성입니다. 실리카는 조정 가능한 공극 크기, 내습성, 온도 안정성 및 DAC 응용 분야에서 낮은 농도의_CO2 를 흡착하는 능력 때문에 기판 재료의 일반적인 선택입니다. 함침 및 접목된 아민-실리카 복합재의 전형적인 합성 절차 및 주요 속성이 본원에 기재되어 있다.

서문

지난 수십 년 동안 인위적인_CO2 배출은 온실 가스 효과와 관련 기후 변화를 주도하는 주요 요인으로 널리 연루되어 있습니다 1,2,3,4. CO2 포집에는 포인트 소스와 직접 공기 포집의 두 가지 일반적인 방법이 있습니다. 50년 이상 동안 습식 스크러빙 CO2 포집 기술은_CO2 배출을 완화하기 위해 업계 내에서 포인트 소스 포집에 활용되어 왔습니다 ^5,6. 이러한 기술은_CO2와 반응하여 건조한 조건에서 카바메이트를 형성하고 물 ^7,8이 있는 상태에서 탄산수소를 형성하는 액상 아민을 기반으로 합니다(그림 1 참조). 탄소 포집 및 저장이 대규모(산업용) 공급원에서 활용되는 주된 이유는 다량의 CO2가 추가로 ....

프로토콜

알림: 이 섹션에 사용된 장비, 계측 및 화학 물질과 관련된 세부 정보는 재료 표에서 찾을 수 있습니다.

1. 800g/mol 몰 질량의 폴리에틸렌이민을 가진 실리카의 함침 (PEI 800)

1. 반응의 준비
   1. 이 반응에서 무수 메탄올을 용매로 사용하십시오. 끓는점이 낮습니다. 따라서 휘발성은 나중에 더 낮은 온도에서 제거를 용이하게 합니다.
      알림: 물이 PEI 800이 실리카 지지체의 기공에 들어가는 것을 방지할 수 있기 때문에 무수 용매가 중요합니다. 일반적으로 사용되는 또 다른 용매는 끓는점이 더 높고 더 긴 건조 시간과 더 높은 건조 온도가 필요한 에탄올입니다.
   2. 방정식 1을 사용하여 아민의 질량 분율(%)을 계산하며, 여기서 m 아민 =_아민 의 질량, m 실리카 = 사용된_실리카 의 질량입니다.
      방정식 1:
   3. MCM-....

토론

본원에 기재된 방법은 함침 및 접목된 아민 실리카-복합체 흡착제를 제조하기 위한 프로토콜을 제공하기 위한 것이다. 우리가 문서화한 절차는 문헌에 보고된 기술과 실험실에서 정제된 기술을 검토한 것을 기반으로 합니다. ^1,2,3입니다. 이러한 물질의 준비는 이산화탄소 제거 연구 분야에서 대기(직접 공기 포집) 또는 산업 ?.......

자료

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