Sílica mesoporosa funcionalizada com APTES para captura de CO2 em cenários de pós-combustão: um estudo em leito fixo

In view of the promising applicability of adsorption to the capture of CO2 from post-combustion gases, the use of silica SBA-15 functionalized with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) was studied as adsorbent in gas separation CO2-N2 (binary system most representative of the post-combustion gases) in a fixed bed. Characterization of the solid was performed before and after the functionalization was carried out, which confirmed the anchoring of the amine molecules in the porous matrix. Additionally, a comparative test of CO2 adsorption on a magnetic suspension balance showed a significant advantage of the APTES-functionalized sample over the support, mainly at low relative pressures. The high adsorption heats obtained in the calorimetric tests suggest the existence of a chemical adsorption phenomenon attributed to CO2 bonding with the amines, even though the gravimetric equilibrium tests showed that an increase in temperature leads to a decrease in the adsorption capacity, a typical behavior of purely physical adsorption. The fixed-bed dynamic tests allowed for a study of the material from the breakthrough curves. The gas concentration profile data obtained showed good agreement with the gravimetric tests. The full regeneration of the adsorbent could not be carried out only with inert gas flow, it required a temperature rise to reverse the interactions of the CO2 with the solid. Although it represents an additional energy expenditure in the regeneration stage, the material showed very stable behavior when submitted to successive cycles, maintaining its adsorption capacity and selectivity.Diante da promissora aplicabilidade da adsorção para a captura do CO2 proveniente de gases de pós-combustão, estudou-se a utilização de uma sílica mesoporosa funcionalizada com 3-aminopropiltrietoxisilano (APTES) na separação do CO2-N2 (sistema binário mais representativo dos gases de combustão) em leito fixo. Foram realizadas caracterizações do material sólido antes e após a funcionalização, que possibilitaram a comprovação da ligação das moléculas de amina na matriz porosa, além de um teste comparativo de adsorção de CO2 em uma balança de suspensão magnética, no qual foi observada uma elevada capacidade de adsorção da amostra funcionalizada com APTES em relação ao suporte, principalmente a pressões relativas mais baixas, na ordem de 0,1 bar. Os elevados calores de adsorção obtidos nos testes de calorimetria sugerem a existência de um fenômeno químico de adsorção atribuído à ligação de CO2 com as aminas, porém os ensaios gravimétricos de equilíbrio mostraram que o aumento da temperatura promove uma diminuição da capacidade de adsorção, sugerindo que o fenômeno de quimissorção não é majoritário em relação à fisissorção. Os testes dinâmicos em leito fixo possibilitaram um estudo do material com e sem funcionalização na separação do CO2 frente ao N2 a partir de curvas de breakthrough. Os dados de perfil de concentração do CO2 e do N2 mostraram concordância com os testes gravimétricos. A regeneração do material funcionalizado não pôde ser feita de forma completa apenas com fluxo de gás inerte, sendo necessário um aumento de temperatura para desfazer as interações do CO2 com o sólido. Embora represente um gasto energético adicional na etapa de regeneração, a sílica mesoporosa com APTES apresentou-se muito estável quando submetido a sucessivos ciclos de adsorção/dessorção, mantendo suas propriedades de capacidade de adsorção e seletividade