Течни капсулирани сорбенти за улавяне на въглероден диоксид - природни комуникации

въглероден

  • Теми
  • Резюме
  • Въведение
  • Резултати
  • Проектиране и производство на микрокапсули
  • Сорбция на CO 2 и колоездене
  • Механична стабилност и кристализация
  • Подобрете кинетиката на улавяне
  • Дискусия
  • Методите
  • Производство на MECS
  • MECS характеризиране
  • Измервания на трансфера на маса
  • Допълнителна информация
  • Допълнителна информация
  • PDF файлове
  • Допълнителни фигури, допълнителни методи и допълнителни препратки
  • Видеоклипове
  • Допълнителен филм 1
  • Допълнителен филм 2
  • Допълнителен филм 3
  • Допълнителен филм 4
  • коментари

Теми

  • Зелена химия
  • Материалознание

Резюме

Въведение

Изображение в пълен размер

Резултати

Проектиране и производство на микрокапсули

Пропускливостта на CO 2 през втвърдения материал на черупката беше измерена с помощта на апарат за диференциално налягане с постоянен обем, в който датчиците за налягане, разположени от двете страни на силиконовата мембрана, измерват скоростта на промяна в налягането или скоростта на изтичане, газът преминава от високо обем под налягане през мембраната и в обем с ниско налягане (вж. Допълнителни методи). Измерената пропускливост на CO 2 за материала на обвивката е 3260 барела, което е доста високо в сравнение с повечето мембрани за разделяне на газ 20 и сравним със стойностите, отчетени за други силикони 21. По-специално, този материал не показва значително намаляване на пропускливостта след излагане на температури до 150 ° C.

Геометрията на микрокапсулите е много еднаква и може лесно да се регулира чрез промяна на дебита на течността в двойното капилярно устройство. Техните първоначални и втвърдени размери се определят чрез анализ на изображението (вж. Допълнителни методи). На фигура 1в изображенията на оптичната и флуоресцентна микроскопия показват представителен набор от MECS с много равномерен диаметър (600 ± 6 µm), дебелина на стената (31 ± 1 µm) и центричност. Техните физически размери могат систематично да варират, както се вижда от изображенията на други представителни партиди със съответните диаметри 185 и 600 µm, направени с помощта на едно и също устройство при различни работни условия (Фигура 1г, кутия). Важно е да се отбележи, че тези геометрии водят до увеличаване на порядъка от 1 до 2 на поглъщащата повърхност на обем на реактора спрямо течността в типична опорна опаковка, показана на фиг. 1г (справка 26). Въпреки че обикновена опаковка капсули в кула води до висок спад на налягането за газовия поток, подходящ пакет, който създава канали за поток или кипящ слой, би бил подходящ.

Сорбция на CO 2 и колоездене

За да се позволи колориметрично наблюдение на процесите на абсорбция-десорбция на CO 2, ние произведохме MECS, съдържащи индикаторно багрило за pH, тимолово синьо, в техните течни сорбентни ядра. Незареденият разтвор на калиев карбонат е син и става жълт, когато се достигне 90% от максималното усвояване на въглерод. Тази видима промяна на цвета представлява ефективен колориметричен индикатор за наситеността на CO 2 на течния карбонатен сорбент, като по този начин позволява качествено наблюдение на зареждането и разтоварването на капсулата.

Като проста демонстрация ние изложихме MECS с 3 тегл.% K 2 CO 3 течни сорбентни ядра и тимолово синьо на въздух и чист CO 2. Тази концентрация на K 2 CO 3 е избрана, за да отговори на изискванията за разтворимост на тимолово синьо, което улеснява колориметричното отчитане на заряда на капсулата. Балансирани във въздуха, микрокапсулите изглеждат синьо-виолетови. Когато са изложени на атмосфера на CO 2, микрокапсулите бързо се превръщат в тъмен, еднороден жълт цвят. След като ги извадят от атмосферата на CO 2, те се връщат към първоначалния синьо-виолетов оттенък (фиг. 2а - в). Този подход осигурява качествен метод за оценка на абсорбцията и десорбцията на CO 2 в капсулни комплекти по време на тестването. Въз основа на колориметричен анализ, тяхното рН се променя с

10, 2 до 9 (или по-малко) по време на абсорбцията на CO2 и се връща към първоначалната си стойност по време на десорбцията (виж допълнителната фигура на фиг. 2). За да допълним тези данни, ние също използваме манометричен метод за количествено определяне на абсорбцията на CO 2. Този метод измерва спада на налягането на CO 2 във фиксиран обем, тъй като CO 2 се абсорбира (вж. Методи).

( в - срещу ) Оптични изображения на силиконови микрокапсули, съдържащи 3 тегловни процента оцветен в тимол синьо калиев карбонат във въздуха ( в ), след инкубация в CO2 газ ( б ), след това след регенерация във въздуха ( срещу ). Мащабна лента, 1 мм. ( д - е ) Оптични изображения на тъмно поле на силиконови микрокапсули, съдържащи 30 тегловни% натриев карбонат във въздуха ( д ), които бяха изложени на CO 2 до утаяване на бикарбонат от разтвор ( д ), след това се регенерира чрез нагряване при 70 ° C за отделяне на CO2 и разтваряне на утайката ( е ). Тези микрокапсули са механично здрави, позволявайки многократни цикли на улавяне и регенерация на CO 2 без разграждане на стените на силиконовата обвивка. Мащабна лента, 500 µm.

Изображение в пълен размер

За да проучим възможността за базирани на MECS течни легла, ние поставихме представителни капсули, съдържащи 3 тегл.% Калиев карбонат и тимолово синьо в модифицирана епруветка. Капсулите първо се флуидизират с N2 газ при повърхностна скорост от порядъка на 1 m s -1, която е в диапазона на скоростите, използвани в търговски кипящи слоеве 31. Изходният газ се превключва на чист CO2 при скорост, еквивалентна на скоростта на потока на N2 (допълващ филм 3). Наблюдавахме, че капсулите се превръщат от синьо в жълто в присъствието на CO 2. Когато източникът на газ се върне на N 2, цветът им отново става лилав. Тази проста демонстрация предполага, че системите с кипящ слой ще бъдат ефективна платформа за улавяне на въглерод, използвайки MECS, тъй като капсулите могат да оцелеят при строго разклащане, докато функционират като ефективна среда за улавяне на въглерод.