Karbon Yakalama için Emprenye Edilmiş ve Aşılanmış Amin Bazlı Silika Kompozitlerin Hazırlanmasına Yönelik Sentetik Bir Metodoloji

Özet

Bu çalışma, literatürde genellikle geniş bir şekilde tanımlanan silika substratlar üzerine lamine edilmiş bileşiklerin emprenye edilmesi veya aşılanması için standartlaştırılmış tekniklerin geliştirilmesini kolaylaştırmayı amaçlamaktadır. Spesifik miktarlarda çözücü, substrat, aminler ve diğer önemli deneysel parametrelerin değerleri ayrıntılı olarak tartışılacaktır.

Özet

Son zamanlarda, noktasal kaynak veya doğrudan hava yakalama (DAC) yöntemleri için karbon yakalama malzemelerinin kullanılması yoluyla_CO2 emisyonlarının azaltılması veya hafifletilmesi için önemli bir çaba sarf edilmiştir. Bu çalışma, DAC için amin ile işlevselleştirilmiş CO₂ adsorbanlarına odaklanmaktadır. Bu malzemeler, düşük rejenerasyon enerji tüketimine ve yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip oldukları için CO₂ giderimi için umut vaat etmektedir. Amin türlerinin gözenekli bir substrata dahil edilmesi, amin türlerinin CO_2'ye afinitesinin avantajlarını, gözenekli substratın büyük gözenek hacimleri ve yüzey alanları ile birleştirir. Amin türlerinin seçimine, malzeme desteğine ve hazırlama yöntemine bağlı olarak amin bazlı CO₂ sorbentlerini hazırlamak için yaygın olarak kullanılan üç yöntem vardır. Bu yöntemler emprenye, aşılama veya kimyasal sentezdir. Silika, ayarlanabilir gözenek boyutu, nem toleransı, sıcaklık kararlılığı ve DAC uygulamaları için düşük konsantrasyonlarda_CO2'yi adsorbe etme kabiliyeti nedeniyle yaygın bir alt tabaka malzemesi seçimidir. Hem emprenye edilmiş hem de aşılanmış amin-silika kompozitlerin tipik sentetik prosedürleri ve birincil özellikleri burada açıklanmaktadır.

Giriş

Son birkaç on yıldaki antropojenik CO 2 emisyonları, sera gazı etkisini ve dolayısıyla ilgili iklim değişikliğini^yönlendiren ana faktör olarak yaygın bir şekilde yer almaktadır 1,2,3,4. CO₂ yakalama için iki genel yöntem vardır, nokta kaynağı ve doğrudan hava yakalama. 50 yılı aşkın bir süredir,_CO2 emisyonlarını azaltmak için endüstride nokta kaynak yakalama için ıslak fırçalama CO₂ yakalama teknolojileri kullanılmaktadır ^5,6. Bu teknoloji....

Protokol

NOT: Bu bölümde kullanılan ekipman, enstrümantasyon ve kimyasallarla ilgili ayrıntılar Malzeme Tablosunda bulunabilir.

1. Silikanın 800 g/mol molar kütleli polietilenimin ile emprenye edilmesi (PEI 800)

1. Reaksiyonun hazırlanması
   1. Bu reaksiyonda çözücü olarak susuz metanol kullanın. Düşük kaynama noktasına sahiptir; Böylece uçuculuğu, daha sonra daha düşük sıcaklıklarda çıkarılmasını kolaylaştırır.
      NOT: Susuz çözücü önemlidir çünkü su, PEI 800'ün silika desteğinin gözeneklerine girmesini önleyebilir. Yaygın olarak kullanılan başka bir çözücü, daha yüksek kaynama noktasına sahip olan ve daha....

Tartışmalar

Burada açıklanan yöntemler, emprenye edilmiş ve aşılanmış amin silika-kompozit adsorbanların hazırlanması için bir protokol sağlamayı amaçlamaktadır. Belgelediğimiz prosedürler, literatürde bildirilen tekniklerin ve laboratuvarımızda rafine edilen tekniklerin gözden geçirilmesine dayanmaktadır. ^1,2,3. Bu malzemelerin hazırlanması, atmosferde (doğrudan hava yakalama) veya endüstriyel işlemlerde (nokta.......

Malzemeler

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