Sorbenti solidi per la cattura di CO2 a temperature elevate

Uno dei materiali più promettenti per la cattura di CO2 ad alte temperature è l’ortosilicato di litio (Li4SiO4), che mostra alta capacità sorbente, temperature di rigenerazione moderate (<750°C) e buona stabilità a cicli consecutivi di adsorbimento/desorbimento. Per incrementarne le proprietà sorbenti l’ortosilicato di litio è stato dopato con carbonato di potassio (K2CO3): il carbonato agisce da promotore del processo formando miscele eutettiche, fuse alle temperature di utilizzo con i prodotti della reazione di carbonatazione. Nel presente lavoro di tesi l’ortosilicato di litio è stato prodotto impiegando diversi metodi di sintesi per valutarne le proprietà sorbenti in funzione delle dimensioni delle particelle ottenute. E’ stato perciò prodotto Li4SiO4 con il metodo allo stato solido, ottenendo sia particelle di circa 10 µm di diametro che nanostrutture porose, con il metodo sol-gel non idrolitico e il metodo sol-gel idrolitico, ottenendo nanoparticelle. Nell’ottica di applicazioni industriali, sono stati sviluppati pellets di ortosilicato di litio dopato mediante compressione meccanica. Al fine di incrementarne le prestazioni, sono stati studiati diversi leganti che conferissero al pellet particolari caratteristiche (porosità e consistenza) utili per la loro applicazione. Le proprietà sorbenti e la rigenerabilità dei sorbenti sono state indagate tramite analisi termogravimetrica (TGA), sottoponendo i campioni a correnti a bassa concentrazione di CO2 (4% in volume) ed elevate temperature (500-590°C). Infine, sono state testate anche le proprietà sorbenti dei materiali in presenza di altri gas contaminanti (NO e SO2). Lithium orthosilicate (Li4SiO4) is one of the most promising materials for the CO2 capture from flue gas at high temperature. Improved sorption properties can be obtained by appropriate doping with potassium carbonate (K2CO3). In this study, different lithium orthosilicate based sorbents, modified with potassium carbonate, were prepared in powder (< 10 µm) and nanoparticles form. For the preparation of the lithium ortosilicate were used three different methods: solid state method (powder < 10 µm and nanoparticles), non hydrolytic sol-gel method and hydrolytic sol-gel method (nanoparticles). For industrial application, pellets of Li4SiO4-based sorbents were developed using a mechanical method. To improve pellets performance, various fillers were used to ensure good hardness and a porous structure to the pellets. The CO2 adsorption properties were investigated by thermogravimetric analysis under a flux of 4 vol.% CO2 (atmospheric pressure) Moreover, high-temperature CO2 capture by solid sorbent based on lithium orthosilicate (Li4SiO4) was investigated in the presence of contaminants gas, such as NO (up to 1000 ppm) and SO2 (up to 2000 ppm)