Kolavskiljning från punktkälla med porösa oorganiska karbonater

Mesoporous inorganic carbonates (MIC) was synthesized and tested as adsorbents for CO2, using vacuum and temperature swing adsorption. Mesoporous magnesium carbonate (MMC), mesoporous calcium carbonate (MCC) and mesoporous calcium magnesium carbonate (MCMC), all included in MIC, are exceedingly porous with an amorphous structure. MMC was first reported in 2013, where it was synthesized in a methanol and MgO mixture under CO2 pressure. In this work, the synthesis of MCC and MCMC was developed from the synthesis of MMC. Further effects on the CO2 adsorption characteristics of the MIC materials with several additives (Al(NO3)3, Al2O3, K2CO3 and KNO3) introduced into the porous structures were also investigated. The MCC materials CO2 adsorption capacity (14.96 mmol g-1) was drastically lowered (7.29 mmol g-1) by severe sintering after continuous cycles when heat was used for sorbent regeneration. The combined structure of MCMC improved the stability, mitigating the sintering for high temperature adsorption/desorption (650 °C, 850 °C). The addition of Al(NO3)3 improved the stability further, with an optimum additive amount of 35 wt.%, giving a high initial CO2 uptake (12.23 mmol g-1) and maintaining a high CO2 uptake after 23 cycles (10.96 mmol g-1). The pure gas CO2 uptake of MMC was around 1.52 mmol g-1 at 101 kPa (0 °C) using vacuum swing adsorption. The N2 uptake under the same conditions was less than 0.10 mmol g-1. All of the additives tested increased the CO2 uptake of MIC under these conditions, with the most promising additives being low weight percentages of potassium carbonate (5-10 wt.%) added to MMC for low temperature adsorption (0 °C). The incorporation of 5 wt.% K2CO3 increased the CO2 uptake of MMC up to 3.24 mmol g-1, suggesting that the required energy for adsorption on this sample, due to the sorbent surpassing 3 mmol g-1 CO2 capacity, could be less than for conventional chemical absorbents. Vacuum swing cyclic CO2 adsorption/desorption showed a decrease in CO2 uptake on MMC with 5 wt.% K2CO3 after each cycle. Heat regeneration (150 °C, for 30 minutes) could recover most of the lost CO2 capacity each cycle. Heat indicatively improved the cyclic performance of this adsorbent without damaging the nanoporous structure. MMC with 5 wt.% K2CO3 was the best performing adsorbent when vacuum was used for sorbent regeneration and can potentially be further developed into a good CO2 adsorbent for temperature swing adsorption (TSA) processes.Porösa oorganiska karbonater (MIC) syntetiserades och testades som adsorbenter för CO2, med vakuum- och temperaturskiftesadsorption. Mesoporöst magnesiumkarbonat (MMC), mesoporöst kalciumkarbonat (MCC) och mesoporöst kalciummagnesiumkarbonat (MCMC), som alla ingår i MIC, är mycket porösa med en amorf struktur. MMC rapporterades som tidigast 2013, där det syntetiserades i en metanol- och MgO-blandning under koldioxidtryck. Syntesen av MCC och MCMC utvecklades från syntesen av MMC. Effekterna på adsorptionsegenskaperna för CO2 på MIC-materialen undersöktes ytterligare med flera tillsatser (Al(NO3)3, Al2O3, K2CO3 och KNO3) som tillfördes de porösa strukturerna. MCC-materialets adsorptionskapacitet för CO2 (14,96 mmol g-1) sänktes drastiskt till 7,29 mmol g-1 på grund av intensiv vittring under kontinuerliga cykler när värme användes för återvinning av sorbenten. Den kombinerade strukturen hos MCMC förbättrade stabiliteten och lindrade vittringen för adsorption/desorption vid hög temperatur (650 ° C, 850 ° C). Tillsatsen av Al(NO3)3 förbättrade stabiliteten ytterligare, med en optimal tillsats av 35 vikt%. Då gavs ett högt initialupptag av CO2 (12,23 mmol g-1) och det upprätthölls ett högt upptag efter 23 cykler (10,96 mmol g-1). Det rena gasupptaget av CO2 på MMC var omkring 1,52 mmol g-1 vid 101 kPa (0 °C) med vakuumskiftesadsorption. Kväveupptaget under samma förhållanden var mindre än 0,10 mmol g-1. Alla tillsatser hade en ökande effekt på upptaget av CO2 på MIC under dessa förhållanden, varvid de mest lovande tillsatserna var låga viktprocenter av K2CO3 (5–10 vikt%) tillförda MMC för adsorption vid låg temperatur (0 ° C). Tillförandet av 5 vikt% K2CO3 ökade upptaget på MMC till 3,24 mmol g-1 CO2, vilket kan antyda att energin som krävs för adsorption på detta prov är mindre än för konventionella kemiska absorbenter. Vakuumskiftning för cyklisk adsorption/desorption av CO2 visade en minskning i upptag på MMC tillfört 5 vikt% K2CO3 efter varje cykel. En applicering av värme för sorbentåtervinning (150 ° C, i 30 minuter) kunde återfå majoriteten av den förlorade kapaciteten efter varje cykel. Värme förbättrade signifikant den cykliska prestandan hos denna adsorbent, utan att skada dess nanoporösa struktur. MMC tillfört 5 vikt% K2CO3 var den bästa adsorbenten när vakuum användes för sorbentåtervinning och kan potentiellt vidareutvecklas till en effektiv adsorbent för processer med temperaturskifte (TSA)