Chất hấp phụ dựa trên amin

Một số chất hữu cơ hoặc polyme chứa ion amoni có thể kết hợp hóa học với các phân tử CO2 có tính axit ở nhiệt độ phản ứng thấp hơn và do đó có thể được sử dụng để thu giữ hấp phụ CO2. Chúng có ưu điểm là công suất cao ở áp suất riêng phần CO2 thấp (10%-15%), nhiệt độ tái sinh thấp (<100 °C) and less equipment corrosion. The adsorption characteristics of amine-based adsorbents are related to factors such as amine loading, amine type, amine site density, amine molecular size on the solid support, and CO2 partial pressure. Since the adsorption performance of rich amine adsorbents is mainly based on chemical adsorption, their poor thermal regeneration ability remains a major disadvantage. A combined strategy was used to develop an ultra-stable amine-containing solid adsorbent that only lost 8.5% of its adsorption capacity even after aging for 30 days in O2-containing flue gas at 110 °C.

Polyethyleneimine (PEI) được ngâm tẩm vào SiO2 xốp để tạo ra chất hấp phụ chứa amin. PEI trên bề mặt ngoài của chất hấp phụ được alkyl hóa chọn lọc bằng epoxit để tổng hợp chất hấp phụ CO2 gốc amin có khả năng kháng SO2 cao. Khả năng hấp phụ CO2 trong điều kiện khí thải mô phỏng (60 độ, 15% CO2, 10% H2O, 2% Ar và khí cân bằng N2) đạt 139,48 mg/g. Ở điều kiện nồng độ SO2 50 ppm, khả năng hấp phụ chỉ giảm 8,52% sau 1000 chu kỳ, cho thấy độ ổn định tốt. HBS được ghép với các amin trong điều kiện khan và nước. Trong điều kiện khô ở 25 độ, sử dụng không khí xung quanh chứa 415 ppm CO2, khả năng hấp phụ động đạt 1,04 mmol/g. Hiệu suất của chất hấp phụ gốc amin bị ảnh hưởng bởi loại, lượng tải và trọng lượng phân tử của amin. Li và cộng sự. tẩm PEI vào nano-SiO2 để tạo ra chất hấp phụ PEI-SiO2 có độ ổn định nhiệt cao.

Nghiên cứu cho thấy PEI phân nhánh có khả năng hấp phụ cao hơn 202 mg/g so với PEI tuyến tính. Ảnh hưởng của tải trọng và trọng lượng phân tử đã được nghiên cứu. Tải lượng amin quá cao hoặc quá thấp đều không có lợi cho việc tăng khả năng hấp phụ. Chất hấp phụ PEI-SiO2 có tải trọng PEI và trọng lượng phân tử thấp hơn cho thấy động học hấp phụ tuyệt vời. Cấu trúc và thành phần của vật liệu mang cũng ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ. Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc cải thiện hiệu suất hấp phụ của chất hấp phụ gốc amin bằng cách biến đổi SiO2. Tốc độ hấp phụ CO2 được tăng cường bằng cách thay đổi cấu trúc và các hạt nano SiO2 trung tính có cấu trúc lỗ hình nón ngược đã được tổng hợp. Khả năng hấp phụ của vật liệu tăng 50%, năng lượng hấp phụ và giải hấp cũng giảm. Điều này có nghĩa là chất hấp phụ có cấu trúc động tốt hơn. Các lỗ bề mặt lớn thuận lợi hơn cho sự ra vào của các phân tử khí và thể tích lỗ rỗng lớn mang lại nhiều không gian hơn cho sự khuếch tán.

Sử dụng các tuyến mẫu đơn và khuôn mẫu kép để tổng hợp SiO2 hai cực và hai cực làm vật liệu mang, khả năng hấp phụ của SiO2 hai cực có thể đạt tới 350 mg/g, trong khi khả năng hấp phụ của SiO2 hai cực có thể đạt tới 215 mg/g. Li và cộng sự. đã sử dụng nitrat kim loại để biến đổi nano-SiO2 vô định hình. Nghiên cứu cho thấy chất hấp phụ amin rắn được biến tính bởi Al, Zn và Mg có độ ổn định tốt hơn. Sau 50 chu kỳ hấp phụ, chỉ mất 2,6% đến 28,8% khả năng hấp phụ CO2 ban đầu, trong khi chất hấp phụ amin rắn ban đầu mất 42,9%.