Folyékony, kapszulázott szorbensek a szén-dioxid megkötésére - természeti kommunikáció

folyékony

  • Témák
  • Absztrakt
  • bevezetés
  • Eredmények
  • Mikrokapszulák tervezése és gyártása
  • CO 2 szorpció és kerékpározás
  • Mechanikai stabilitás és kristályosítás
  • Javítsa a befogási kinetikát
  • Vita
  • A módszerek
  • MECS gyártás
  • MECS jellemzés
  • Tömegátadási mérések
  • További információ
  • További információ
  • PDF fájlok
  • További ábrák, további módszerek és további hivatkozások
  • Videók
  • 1. kiegészítő film
  • 2. kiegészítő film
  • 3. kiegészítő film
  • Kiegészítő film 4
  • Hozzászólások

Témák

  • Zöld kémia
  • Anyagtudomány

Absztrakt

bevezetés

Teljes méretű kép

Eredmények

Mikrokapszulák tervezése és gyártása

A megkötött héjanyagon keresztüli CO 2 áteresztőképességét állandó térfogatú nyomáskülönbség-készülékkel mértük, amelyben a szilikon membrán mindkét oldalán elhelyezkedő nyomásérzékelők mérik a nyomásváltozás sebességét vagy a szivárgás sebességét, a gáz a magas nyomáson halad nyomás térfogata a membránon és az alacsony nyomású térfogaton keresztül (lásd a További módszereket). A héj anyag mért CO 2 permeabilitása 3260 hordó, ami meglehetősen magas a legtöbb 20 gázelválasztó membránhoz képest, és összehasonlítható a többi 21 szilikon esetében megadott értékekkel. Különösen ez az anyag nem mutat szignifikáns csökkenést az áteresztőképességben 150 ° C-ig terjedő hőmérsékletnek való kitettség után.

A mikrokapszulák geometriája nagyon egységes, és a kettős kapilláris eszköz folyadékáramának változtatásával könnyen beállítható. Kezdeti és edzett méreteiket képelemzéssel határozzuk meg (lásd További módszerek). Az 1c. Ábrán az optikai és fluoreszcens mikroszkópos képek a MECS reprezentatív halmazát mutatják, nagyon egyenletes átmérővel (600 ± 6 µm), falvastagsággal (31 ± 1 µm) és centrikussággal. Fizikai méreteik szisztematikusan változtathatók, amint azt más reprezentatív, 185 és 600 µm átmérőjű tételek képei mutatják, amelyeket ugyanazon eszközzel, különböző működési körülmények között készítettek (1d. Ábra, doboz). Fontos megjegyezni, hogy ezek a geometriák a reaktor térfogatára jutó abszorbens felület 1-2 nagyságrenddel nagyobb növekedést eredményeznek a folyadékhoz viszonyítva egy tipikusan megtámasztott csomagolásban, amelyet az 1. ábra mutat. 1d (26. hivatkozás). Noha a toronyban lévő egyszerű kapszulacsomag nagy nyomásesést eredményez a gázáramlás szempontjából, alkalmas lenne egy támogatott csomagolás, amely csatornákat hoz létre az áramláshoz vagy a fluid ágyhoz.

CO 2 szorpció és kerékpározás

A CO 2 abszorpciós-deszorpciós folyamatok kolorimetriás megfigyelésének lehetővé tétele érdekében olyan MECS-t állítottunk elő, amelynek folyékony szorbens magjában pH-indikátor festék, timolkék volt. A töltés nélküli kálium-karbonát-oldat kék és sárga színűvé válik, amikor a maximális szén-felvétel 90% -át eléri. Ez a látható színváltozás a folyékony karbonát-szorbens CO 2 -telítettségének hatékony kolorimetriai indikátorát képezi, ezáltal lehetővé téve a kapszula betöltésének és kirakodásának minőségi ellenőrzését.

Egyszerű demonstrációként a MECS-t 3 tömeg% K2 CO 3 folyékony szorbens maggal és timolkékkel tettük ki levegőnek és tiszta CO 2 -nak. Ezt a K 2 CO 3 -koncentrációt úgy választják meg, hogy megfeleljen a timolkék oldhatósági követelményeinek, ami megkönnyíti a kapszula töltésének kolorimetrikus leolvasását. A levegőben kiegyensúlyozott mikrokapszulák kék-ibolya színűek. Ha a mikrokapszulák a CO 2 atmoszférának vannak kitéve, gyorsan sötét, egyenletes sárga színűvé válnak. Miután eltávolították őket a CO 2 atmoszférából, visszatérnek eredeti kék-ibolya színükhöz (2a. - c. Ábra). Ez a megközelítés kvalitatív módszert nyújt a CO 2 felszívódásának és deszorpciójának értékelésére a kapszula készletek során a tesztelés során. Kolorimetriás elemzés alapján pH-juk

10, 2 - 9 (vagy kevesebb) a CO2 abszorpciója során, és a deszorpció során visszaáll a kezdeti értékére (lásd a 2. ábrán látható további ábrát). Ezen adatok kiegészítéséhez manometrikus módszert is alkalmazunk a CO 2 abszorpciójának számszerűsítésére. Ez a módszer a CO 2 nyomásesését rögzített térfogatban méri, amikor a CO 2 elnyelődik (lásd a módszereket).

( nál nél - vs. ) 3 tömegszázalék timolkékre festett kálium-karbonátot tartalmazó szilikon mikrokapszulák optikai képei a levegőben ( nál nél ), CO2-gázban történő inkubálás után ( ), majd a levegőben történő regenerálás után ( vs. ). Mérlegrúd, 1 mm. ( d - f ) 30 tömegszázalék nátrium-karbonátot tartalmazó szilikon mikrokapszulák sötét terepi optikai képei levegőben ( d ), amelyeket CO 2 -nak tettünk ki, amíg az oldatból hidrogén-karbonát kicsapódott ( e ), majd 70 ° C-on történő melegítéssel regeneráljuk, hogy a CO2 felszabaduljon és a csapadék feloldódjon ( f ). Ezek a mikrokapszulák mechanikailag robosztusak, lehetővé téve a CO 2 ismételt megkötését és regenerálódását a szilikon héj falainak lebomlása nélkül. Méretarány, 500 µm.

Teljes méretű kép

A MECS-alapú fluid ágyak megvalósíthatóságának feltárása érdekében 3 tömeg% kálium-karbonátot és timolkéket tartalmazó reprezentatív kapszulákat helyeztünk egy módosított kémcsőbe. A kapszulákat először N2 gáz alkalmazásával, 1 m s -1 nagyságrendű felületi sebességgel fluidizálják, amely a kereskedelmi fluidágyakban alkalmazott sebesség tartományában van. A forrásgázt tiszta CO2-ra kapcsolják az N2 áramlásának megfelelő sebességgel (3. kiegészítő film). Megfigyeltük, hogy a kapszulák kékből sárgává váltak CO 2 jelenlétében. Amikor a gázforrást visszavezetjük az N 2 -be, színük ismét lilára változik. Ez az egyszerű bemutatás azt sugallja, hogy a fluid ágyas rendszerek hatékony platformot jelentenek a szénmegkötéshez az MECS segítségével, mivel a kapszulák túl tudják élni a szigorú rázkódást, miközben hatékony szén-dioxid-megkötő közegként működnek.