Studying the Sorption of Carbon Dioxide by Modified Silica Gel with 2-Hydroxyethylcarbamate

Yu. A. Geldiev; Гелдиев Ю. А.; Kh. Kh. Turaev; Тураев Х. Х.; Sh. A. Kasimov; Касимов Ш. А.; O. N. Ruzimuradov; Рузимурадов О. Н.; O. A. Shilova; Шилова О. А.

doi:10.31857/S0132665122600613

Изучение сорбции углекислого газа модифицированными силикагелями с 2-гидроксиэтилкарбаматом

Авторы: Гелдиев Ю.А.¹, Тураев Х.Х.¹, Касимов Ш.А.¹, Рузимурадов О.Н.²^,3, Шилова О.А.⁴^,5
Учреждения:
1. Термезский государственный университет
2. Национальный университет Узбекистана
3. Туринский политехнический университет
4. Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН
5. Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”
Выпуск: Том 49, № 2 (2023)
Страницы: 171-180
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/0132-6651/article/view/139312
DOI: https://doi.org/10.31857/S0132665122600613
EDN: https://elibrary.ru/NUSWSL
ID: 139312

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Основной причиной глобального потепления является неуклонный рост парниковых газов в атмосфере. Наибольшую долю парниковых газов составляет углекислый газ CO₂. Поэтому важной фундаментальной и прикладной задачей является разработка высокоэффективных сорбентов CO₂. В статье исследуется сорбция CO₂ сорбентами, представляющими собой силикагели на основе поликремниевой кислоты, модифицированные гидроксиэтилкарбаматом. Показано, что для модификации сорбентов оптимальной является концентрация растворов гидроксиэтилкарбаматов, равная 30%. Факт модификации подтвержден наличием гидроксильных, карбонильных и аминогрупп в составе сорбентов. Установлено, что наличие аминогрупп способствовало увеличению сорбции углекислого газа силикагелем в несколько раз. Исследована термостойкость полученных сорбентов. Показано, что наибольшие показатели сорбции составляли 8.8% от массы сорбента при 30°С. После 5 циклов процессов сорбции/десорбции максимальная сорбционная емкость сорбентов снижалась на 10%. При высоких давлениях до 3 атм. сорбция увеличивалась. Сорбенты, модифицированные 30% раствором гидроксиэтилкарбаматов, при 3 атм. сорбировали до 9.96 моль СО₂/г. Относительно быстрый рост скорости сорбции при высоких давлениях и относительно медленный рост при низких давлениях доказывают, что процесс соответствует сорбции 2-го типа. Такие сорбционные системы перспективны для применения в различных технологических газовых системах, содержащих CO₂.

Ключевые слова

силикагель, сорбция, углекислый газ, гидроксиэтилкарбамат, термическая стабильность

Список литературы

Lüthi D., Le Floch M., Bereiter B., Blunier T., Barnola J.M., Siegenthaler U., Raynaud D., Jouzel J., Fischer H., Kawamura K., Stocker Thomas F. High-resolution carbon dioxide concentration record 650.000–800.000 years before present // Nature. 2008. V. 453. № 7193. P. 379–382.
Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide | NOAA Climate.gov [Electronic resource]. URL: https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide (accessed: 27.04.2022).
Chen S., Jia B., Peng Y., Luo X., Huang Y., Jin B. CO2 Adsorption Behavior of 3-Aminopropyltrimethoxysilane-Functionalized Attapulgite with the Grafting Modification Method // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. № 47. P. 17150–17161.
Li Q., Zhang H., Peng F., Wang C., Li H., Xiong L., Guo H., Chen X., Monoethanolamine-Modified Attapulgite-Based Amorphous Silica for the Selective Adsorption of CO2 from Simulated Biogas // Energy and Fuels. 2020. V. 34. № 2. P. 2097–2106.
Ramezanipour Penchah H., Ghaemi A., Ganadzadeh Gilani H. Benzene-Based Hyper-Cross-Linked Polymer with Enhanced Adsorption Capacity for CO2 Capture // Energy and Fuels. 2019. V. 33. № 12. P. 12578–12586.
Taheri F.S., Ghaemi A., Maleki A. High Efficiency and Eco-Friendly TEPA-Functionalized Adsorbent with Enhanced Porosity for CO2 Capture // Energy and Fuels. 2019. V. 3., № 11. P. 11 465–11 476.
Ахметова В.Р., Смирнов О.В. Улавливание и хранение диоксида углерода – проблемы и перспективы // Башкирский химический журн. 2020. Т. 27. № 3. С. 103–115.
Дабижа О.Н., Дербенева Т.В., Хамова Т.В., Шилова О.А. Механическая активация клиноптилолитов как регулятор их сорбционной активности // Неорган. матер. 2021. Т. 57. № 4. С. 419–428.
Gulaim A. Seisenbaeva, Lamiaa M.A. Ali, Ani Vardanyan, Magali Gary-Bobo, Tetyana M. Budnyak, Vadim G. Kessler, Jean-Olivier Durand. Mesoporous silica adsorbents modified with amino polycarboxylate ligands – functional characteristics, health and environmental effects // J. Hazard. Mater. 2021. V. 406. P. 124698.
Sridhar S., Smitha B., Aminabhavi T.M. Separation of carbon dioxide from natural gas mixtures through polymeric membranes – A review // Purif. Rev. 2007. V. 36. № 2. P. 113–174.
Shukurov D.Kh., Turaev Kh.Kh., Tojiyev P.J., Karimov M.U. Synthesis of Polyaniline Dye Pigment and Its Study in Dye-Sensitive Solar Cells // IJET. 2022. № 70(4). P. 236–244.
Choi S., Drese J.H., Jones C.W. Adsorbent materials for carbon dioxide capture from large anthropogenic point sources // ChemSusChem. 2009. V. 2. № 9. P. 796–854.
Pawlesa J., Zukal A., Čejka J. Synthesis and adsorption investigations of zeolites MCM-22 and MCM-49 modified by alkali metal cations // Adsorption. 2007. V. 13. № 3–4. P. 257–265.
Chue K.T., Kim J.N., Yoo Y.J., Cho S.H., Yang R.T. Comparison of Activated Carbon and Zeolite 13X for CO2 Recovery from Flue Gas by Pressure Swing Adsorption // Ind. Eng. Chem. Res. 1995. V. 34. № 2. P. 591–598.
Siriwardane R.V., Shen M.S., Fisher E.P., Poston J.A. Adsorption of CO2 on molecular sieves and activated carbon // Energy and Fuels. 2001. V. 15. № 2. P. 279–284.
Sarker A.I., Aroonwilas A., Veawab A. Equilibrium and Kinetic Behaviour of CO2 Adsorption onto Zeolites, Carbon Molecular Sieve and Activated Carbons // Energy Procedia. 2017. V. 114. P. 2450–2459.
Barker R. The reversibility of the reaction CaCO3 ⇄ CaO + CO2 // J. Appl. Chem. Biotechnol. 2007. V. 23. № 10. P. 733–742.
Xia X., Zhang L., Li Z., Yuan X., Ma C., Song Z. Recovery of CaO from CaSO4 via CO reduction decomposition under different atmospheres // J. Environ. Manage. 2022. V. 301. P. 11385.
Khatri R.A., Chuang Steven S.C., Soong Y., Gray M. Carbon dioxide capture by diamine-grafted SBA-15: A combined fourier transform infrared and mass spectrometry study // Ind. Eng. Chem. Res. 2005. V. 44. № 10. P. 3702–3708.
Ghaemi A., Mashhadimoslem H., Zohourian Izadpanah P. NiO and MgO/activated carbon as an efficient CO2 adsorbent: characterization, modeling, and optimization // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2022. V. 19. № 2. P. 727–746.
Cucu E., Dalkılıç E., Altundas R., Sadak A.E. Gas sorption and selectivity study of N,N,N′,N′-tetraphenyl-1,4-phenylenediamine based microporous hyper-crosslinked polymers // Microporous Mesoporous Mater. 2022. V. 330. P. 111567.
Sadraei R., Cucchiara F., Magnacca G., Testa M.L. Surface functionalization of handleable silica-based mesoporous materials for CO2 sequestration: Synthesis, characterization and performance // Surfaces and Interfaces. 2021. V. 27. P. 101542.
Cherevotan A., Raj J., Peter S.C. An overview of porous silica immobilized amines for direct air CO2 capture // J. Mater. Chem. A. 2021. V. 9. № 48. P. 27271–27303.
Wang F., Yu L., Li Y., Huang D. CO2 Adsorption Capacity of Organic Alkali Sorbent CPEI from Polyethyleneimine // Adsorpt. Sci. Technol. 2021. V. 2021. P. 1–18.
Curran G.P., Fink C.E., Gorin E. Carbon dioxide-acceptor (coal) gasification process. Studies of acceptor properties // Adv. Chem. Ser. 1967. V 69. P. 141–65.
Беляев П.Г., Хисамутдинов Г.Х., Шарыпова С.Г., Коновалова В.П., Кондюков И.З., Валешний С.И., Смирнов С.П., Ильин В.П. Разработка новой технологии получения ксимедона // Химико-фармацевтический журн. 2008. Т. 42. № 4. С. 43–45.
Справочник химика 21. Химия и химическая технология. Электронный ресурс. https://www.chem21.info/info/173216/