Композитные сорбенты CO2 на основе 1-этил-3-метилимидазолия глицината: зависимость сорбционных свойств от текстуры носителя и анализ потребления тепловой энергии

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Проведены исследования сорбции CO2 композитными сорбентами на основе ионной жидкости 1-этил-3-метилимидазолия глицината, диспергированной в порах мезопористого носителя (силикагеля). Сорбенты готовили методом пропитки носителей спиртовым раствором ионной жидкости, где в качестве носителя использовали набор из четырех коммерческих силикагелей, различающихся параметрами пористой структуры. Показано, что увеличение среднего размера пор силикагеля с 4.7 до 17.4 нм позволяет увеличить эффективность сорбции CO2 с 96.3 до 131.1 мг(СО2 ) на 1 г ионной жидкости. Изучена стабильность композитных сорбентов в циклических сорбционных экспериментах и в условиях линейного нагрева, показано, что на стабильность сорбционной емкости может существенно влиять температура регенерации образца. Так, снижение температуры регенерации с 373 до 353 K приводит к значительному увеличению стабильности значений сорбционной емкости. Определена теплоемкость 1-этил-3-метилимидазолия глицината (333 Дж·г–1 ·K–1 ), теплота сорбции CO2 композитными материалами (80.1–82.7 кДж·моль–1 ), а также проведен анализ потребления тепловой энергии на регенерацию композитных материалов в рамках сорбционного цикла [3.5–3.6 кДж·г(СО2 )–1 ].

About the authors

Андрей Жидрунович Шешковас

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Author for correspondence.
Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0009-0005-9822-6749
Russian Federation, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5

Жанна Вячеславовна Веселовская

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0000-0003-1606-3746

к.х.н.

Russian Federation, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5

Владимир Алексеевич Рогов

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН; Новосибирский государственный университет

Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0009-0009-3269-969X

к.х.н.

Russian Federation, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, д. 1

Антон Сергеевич Шалыгин

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН; Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН

Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0000-0002-7414-4256

к.х.н.

Russian Federation, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5; 119991, Москва, Ленинский пр., д. 47

Олег Николаевич Мартьянов

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0000-0001-9999-8680

д.х.н.

Russian Federation, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5

Денис Владимирович Козлов

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН; Новосибирский государственный университет

Email: sheshkovas@catalysis.ru
ORCID iD: 0000-0002-4107-8694

д.х.н.

Russian Federation, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 5; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, д. 1

References

  1. Meng F., Meng Y., Ju T., Han S., Lin L., Jiang J. Research progress of aqueous amine solution for CO2 capture: A review // RSER. 2022. V. 168. ID 112902. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112902
  2. Wang J., Huang L., Yang R., Zhang Z., Wu J., Gao Y., Wang Q., O ʹ Hare D., Zhong Z . Recent advances in solid sorbents for CO2 capture and new development trends // Energy Environ. Sci. 2014. V. 7. N 11. P. 3478–3518. https://doi.org/10.1039/C4EE01647E
  3. Lombardo L., Ko Y., Zhao K., Yang H., Züttel A. Direct CO2 capture and reduction to high-end chemicals with tetraalkylammonium borohydrides // Angew. Chem. Int. Ed. 2021. V. 60. N 17. P. 9580–9589. h ttps://doi.org/10.1002/anie.202100447
  4. Knuutila H. K., Rennemo R., Ciftja A. F. New solvent blends for post-combustion CO2 capture // GEE. 2019. V. 4. N 4. P. 439–452. h ttps://doi.org/10.1016/j.gee.2019.01.007
  5. Yang Q., Wang Z., Bao Z., Zhang Z., Yang Y., Ren Q., Xin H., Dai S . New insights into CO2 absorption mechanisms with amino-acid ionic liquids // ChemSusChem. 2016. V. 9. N 8. P. 806–812. h ttps://doi.org/10.1002/cssc.201501691
  6. Gurkan B. E., de la Fuente J. C., Mindrup E. M., Ficke L. E., Goodrich B. F., Price E. A., Schneider W. F., Brennecke J. F . Equimolar CO2 absorption by anion-functionalized ionic liquids // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. N 7. P. 2116–2117. h ttps://doi.org/10.1021/ja909305t
  7. Danckwerts P. V . The reaction of CO2 with ethanolamines // Chem. Eng. Sci. 1979. V. 34. N 4. P. 443–446. h ttps://doi.org/10.1016/0009-2509(79)85087-3
  8. Chen F. F., Huang K., Fan J. P., Tao D. J. Chemical solvent in chemical solvent: A class of hybrid materials for effective capture of CO2 // AIChE J. 2018. V. 64. N 2. P. 632–639. https://doi.org/10.1002/aic.15952
  9. Шешковас А. Ж., Веселовская Ж. В., Селищев Д. С., Козлов Д. В . Низкотемпературные композитные сорбенты CO2 на основе аминосодержащих соединений (обзор) // ЖПХ. 2023. Т. 96. № 3. C. 226–244. h ttps://doi.org/10.31857/S0044461823030015 Sheshkovas A. Zh., Veselovskaya J. V., Selishchev D. S., Kozlov D. V . Low-temperature composite C 2 sorbents based on amine-containing compounds // Russ. J. Appl. Chem. 2023. V. 96. N 3. P. 257–274. h ttps://doi.org/10.1134/S1070427223030011 ].
  10. Uehara Y., Karami D., Mahinpey N . Roles of cation and anion of amino acid anion-functionalized ionic liquids immobilized into a porous support for CO2 // Energy & Fuels. 2018. V. 32. N 4. P. 5345–5354. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.8b00190
  11. Balsamo M., Erto A., Lancia A., Totarella G., Montagnaro F., Turco R. Post-combustion CO2 capture: On the potentiality of amino acid ionic liquid as modifying agent of mesoporous solids // Fuel. 2018. V. 218. P. 155–161. h ttps://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.01.038
  12. Sheshkovas A. Z., Veselovskaya J. V., Rogov V. A., Kozlov D. V . Thermochemical study of CO2 capture by mesoporous silica gel loaded with the amino acid ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium glycinate // Micropor. Mesopor. Mater. 2022. V. 341. ID 112113. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2022.112113
  13. Wang J., Petit C., Zhang X., Park A. H. A. Simultaneous measurement of CO2 sorption and swelling of phosphate-based ionic liquid: Special Issue: CO2 capture // Green Energy Environ. 2016. V. 1. N 3. P. 258–265. https://doi.org/10.1016/j.gee.2016.11.004
  14. Muhammad N., Man Z. B., Bustam M. A., Mutalib M. A., Wilfred C. D., Rafiq S. Synthesis and thermophysical properties of low viscosity amino acid-based ionic liquids // J. Chem. Eng. Data. 2011. V. 56. N 7. P. 3157–3162. h ttps://doi.org/10.1021/je2002368
  15. Liu X., Zhou G., Zhang S., Wu G. Molecular simulation of imidazolium amino acid-based ionic liquids // Mol. Simul. 2010. V. 36. N 14. P. 1123–1130. h ttps://doi.org/10.1080/08927022.2010.497923
  16. Wappel D., Gronald G., Kalb R., Draxler J. Ionic liquids for post-combustion CO2 absorption // Int. J. Greenhouse Gas Control. 2010. V. 4. N 3. P. 486–494. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2009.11.012
  17. Just P. E . Advances in the development of CO 2 capture solvents // Energy Procedia. 2013. V. 37. P. 314–324. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.05.117

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences