Neue Einblicke in die CO2-Adsorption auf geschichteten Doppelhydroxid(LDH)-basierten Nanomaterialien

Hintergrund

Der Treibhauseffekt und der globale Klimawandel werden hauptsächlich durch das substanzielle CO₂ . verursacht Emissionen aus Kohlekraftwerken haben in der Öffentlichkeit Besorgnis erregt [1,2,3]. Somit ist CO₂ Für die anschließende Lagerung oder Verwendung sollte eine Abscheidung vorgenommen werden, um die Konzentration in der Atmosphäre zu verringern. Für CO₂ . haben verschiedene lösemittel- und feststoffbasierte Sorbentien große Beachtung gefunden erfassen, insbesondere die aminmodifizierten porösen Materialverbunde wegen ihres vergleichsweise geringen Energieverbrauchs für die Regeneration und der einfachen Implementierung über einen weiten Temperatur- und Druckbereich [4,5,6].

Ein hohes und stabiles CO₂ Die Adsorptionskapazität ist für den großtechnischen Abscheideprozess der Kohlenstoffabscheidung aus dem Rauchgas mit großem Volumen und niedrigem Partialdruck im Temperaturbereich von 50~100 °C entscheidend [1]. Da die Aminogruppen eine Affinität zu CO₂ . zeigen Moleküle wurden seit Song's Arbeit im Jahr 2002 verschiedene poröse Träger mit großer Oberfläche und Porenvolumen verwendet, um Verbundadsorbentien basierend auf ihrer Anpassung an die imprägnierten Amine zu erhalten [7]. Und das höchste CO₂ Die in der Literatur beschriebene Adsorptionskapazität könnte bis zu 7,9 mmol/g erreichen [8]. Diese Art von imprägnierten Kompositen sind jedoch anfällig für Leistungseinbußen während des zyklischen Adsorptions-Desorptions-Vorgangs, was auf eine schlechte Stabilität hindeutet, die auch ein wichtiges Kriterium für reale Anwendungen ist [9]. Darüber hinaus wird durch die agglomerierten Amine und beschichteten Partikel auch für CO₂ . eine starke Diffusionsbeschränkung erzeugt von der Oberfläche in die sperrigen Aminogruppen, was die Amineffizienz, definiert als die Menge an adsorbiertem CO₂ ., verringern würde Moleküle für jedes Mol Stickstoffatom.

Um die thermische Stabilität und Amineffizienz der Verbundadsorbentien zu verbessern, eine Monoschicht oder weniger CO₂ Affinitätsstellen werden durch Aufpfropfen von Aminosilanen auf die Trägermaterialien basierend auf ihrer Cokondensationsreaktion formuliert, die umfassend untersucht wurde unter Verwendung von 3-Aminopropyltrimethoxysilan (APS), 3-(Trimethoxysilyl)propylethylendiamin(diamin) oder 3-[2-(2 -aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilan (triamin) usw. [2, 10,11,12]. Diese Arten von gepfropften Verbundwerkstoffen weisen geringere Diffusionsbeschränkungen und eine überlegene Stabilität auf, obwohl es eine Obergrenze für CO₂ . geben kann Adsorptionskapazität, da angenommen wird, dass zwei Mol exponierter Amingruppen benötigt wurden, um ein Mol CO₂ . einzufangen Moleküle nach dem Zwitterionenmechanismus [13, 14]. Dennoch könnte die chemische Natur von Trägermaterialien auch das CO₂ . beeinflussen Adsorptionsleistung. Die Beiträge von Oberflächenhydroxylen zu CO₂ das Einfangen entweder durch ihre direkte schwache physikalische Kraft [15] oder durch seine Wasserstoffbrückenbindung mit den gepfropften Aminen [13, 16] auf Siliciumdioxid-/Titandioxid-basierten Adsorbentien wurden untersucht.

Schichtdoppelhydroxide (LDHs) sind geordnete Verbindungen, die sich durch Interlamination von Anionen und positiv geladenen Schichtlaminaten mit der allgemeinen Formel [M_{1 − x . anordnen} ²⁺ M _x ³⁺ (OH)₂ ] ^{x +} (A ^{n −} )_{x /n} ·mH₂ O, wobei M ²⁺ und M ³⁺ Metallkationen darstellen und A ein Anion ist [17]. LDHs haben aufgrund ihrer einstellbaren Struktur und der geringen Rohstoffkosten [6, 18, 19, 20] ausgedehnte Anwendungen in der Adsorption, Katalyse, Photochemie usw., was sie auch zu einem möglichen Kandidaten für CO_{2 nach der Verbrennung macht} zu erfassen. Wanget al. [21] synthetisierten aminmodifizierte LDHs über eine Exfoliations- und Pfropfroute und berichteten, dass diese Adsorbentien in CO₂ . nützlich wären fangen Prozesse mit einer hohen Temperatur von 80 °C ein, während das CO₂ Die Adsorptionskapazität an aminmodifiziertem hexagonalem mesoporösem Siliciumdioxid (HMS) nahm von 1,34 mmol/g bei 25 °C auf 0,45 mmol/g bei 75 °C ab [22]. Dies deutet darauf hin, dass die lokale Chemikalie von LDHs als Trägermaterialien das CO₂ . beeinflussen könnte Adsorption auf eine andere Weise als bei Siliciumdioxid-Trägern. Soweit uns bekannt ist, wurde dies jedoch nur in wenigen Berichten diskutiert. Eine systematische Studie ist notwendig, um die LDH-basierten Sorbentien zu untersuchen und ihr CO₂ besser zu verstehen Adsorptionsmechanismen.

Vor diesem Hintergrund wurden in diesem Artikel (3-Aminopropyl)triethoxysilan (APS)-modifizierte LDHs (APS/LDHs) hergestellt, wobei Dodecylsulfat (DS) zur Voreinlagerung verwendet wurde. Die strukturellen Eigenschaften von APS/LDHs wurden an anderer Stelle ausführlich behandelt [21]. Einige Mengen werden jedoch wieder eingeführt, um den Zusammenhang zwischen CO₂ . zu veranschaulichen Adsorptionsleistung und Oberflächeneigenschaften von LDHs. Das CO₂ Die Adsorptions-Desorptions-Eigenschaften von APS/LDHs wurden hauptsächlich durch In-situ-In-situ-Infrarot-Fourier-Transformationsspektroskopie-Messungen (DRIFTS) untersucht.

Methoden

Alle verwendeten Chemikalien wurden von Aladdin Reagens Co., Ltd. gekauft und waren A.R. Klasse. Und diese Chemikalien wurden ohne weitere Behandlung verwendet.

Die so synthetisierten LDHs wurden als Kontrollprobe durch ein Copräzipitationsverfahren hergestellt. Eine gemischte Lösung mit 0,075 Mol Mg(NO₃ )₂ ·6H₂ O und 0,025 Mol Al(NO₃ .) )₃ ·9H₂ Zuerst wurde O erhalten, das dann zu einem Na₂ . hinzugefügt wurde CO₃ wässrige Lösung (0,5 mol/l, 100 ml) unter kräftigem Rühren bei 70 °C. Der pH-Wert dieser Mischung wurde mit wässriger NaOH-Lösung (4 M) bei etwa 10 gehalten, gefolgt von Rühren für weitere 4 Stunden. Danach wurde der resultierende Niederschlag abfiltriert, mehrmals mit destilliertem Wasser gewaschen und unter Vakuumbedingungen bei 120°C über Nacht getrocknet. Die DS-interkalierten LDHs (DS/LDHs) wurden gemäß einem früheren Bericht synthetisiert [21]. Normalerweise 4,00 g Mg(NO₃ )₂ ·6H₂ O und 1,95 g Al(NO₃ .) )₃ ·9H₂ O wurden in 50 ml entionisiertem Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wurde tropfenweise in die wässrige Lösung von Natriumdodecylsulfat (3 g/100 ml destilliertes Wasser) unter kontinuierlichem Rühren bei 70 °C gegeben. Besonderes Augenmerk sollte auch auf die pH-Einstellung auf etwa 10 gelegt werden. Dieselbe Nachbehandlung wie oben beschrieben wurde auch auf DS/LDHs angewendet.

APS-gepfropfte LDHs (APS/LDHs) wurden wie folgt hergestellt. Zwei Gramm DS/LDHs wurden in einem Erlenmeyerkolben mit 500 ml Toluol als Lösungsmittel gelöst und dann 5 h einer Ultraschallbehandlung unterzogen. Eine halbe Stunde später wurde reichlich weißes Gel gesammelt. Fünfzehn Milliliter (3-Aminopropyl)triethoxysilan wurden zugegeben und die Mischungslösung wurde 5 h bei 60 °C unter einer Stickstoffatmosphäre gealtert. Das Sediment wurde durch Filtration extrahiert, wiederholt gewaschen und dann über Nacht in einem Vakuumofen bei 120 °C getrocknet.

Die Kristallphasen der Proben wurden mit einem Röntgendiffraktometer mit CuKα-Strahlung (XRD:Modell D/max RA; Rigaku Co., Japan, CuKα-Strahlung 0,15418 nm) analysiert und Daten für Streuwinkel (2 ), die von 5° bis 70° mit einer Schrittweite von 0,02° reichte. Die Mikromorphologie wurde mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM:Tecnai G2 F20; FEI Company, USA) untersucht. Die Elementaranalyse wurde an Flash EA1112 (Thermo Finnigan, USA) durchgeführt. Ein Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer (FTIR, IR Affinity-1; SHIMADZU, Japan) wurde verwendet, um die IR-Spektren der hergestellten Proben aufzuzeichnen. Kaliumbromid (KBr)-Platten, gemischt mit 1/50 der Probe, wurden durch Anlegen von 20 Tonnen Öldruck hergestellt und dann von 400 bis 4000 cm ⁻¹ . gescannt mit einer Auflösung von 0,2 cm ⁻¹ . Die thermische Stabilität fester Proben wurde mittels thermogravimetrischer Analyse (TG; NETZSCH STA 409 Luxx, Selb/Bayern, Deutschland) bestimmt. Die Proben wurden von Raumtemperatur auf 600 °C mit einer Heizrate von 10 K/min in Stickstoffatmosphäre erhitzt.

Die Informationen über Oberflächenspezies und molekulares Verhalten auf der Oberfläche von Adsorbentien wurden durch DRIFTS (Nicolet 6700 FT-IR-Spektrometer, Thermo Scientific, USA) erhalten, das mit einem Temperaturkontrollsystem ausgestattet und mit ZnSe-Fenstern gekoppelt war. In der DRIFTS-Zelle wurden Pulveradsorbentien 1 h bei 200 °C unter einem Stickstofffluss von 30 ml/min vorbehandelt. Als sich die Temperatur bei 50 °C stabilisiert hatte, wurde ein CO₂ Ein Gasfluss von 5 ml/min wurde für eine Zeitspanne in die Zelle eingeleitet, bis eine vollständige Sättigung erreicht war. Hier das CO₂ Konzentration (~ 14v%) im Gasgemisch zeigte seine allgemeine Konzentration des industriellen Rauchgases an. DRIFTS-Spektren wurden mit 4 cm ⁻¹ . aufgenommen Auflösung und 64 gleichzeitig hinzugefügte Sans unter Berücksichtigung der Hintergrundspektren, die kurz vor der Einführung der Sondenmoleküle aufgenommen wurden.

CO₂ Adsorptionskapazität wurde auch durch TG bestimmt. Etwa 10 mg der Proben wurden bei 120 °C für 1 h unter Stickstoffatmosphäre mit 100 ml/min vorbehandelt. Nach dem Abkühlen auf Adsorptionstemperatur reines CO₂ bis zum dynamischen Adsorptionsgleichgewicht zugeschaltet. Die endgültige Gewichtszunahme wurde als CO₂ . betrachtet Aufnahmekapazität. Gesättigte Proben wurden unter den Vorbehandlungsbedingungen regeneriert. Dieses Adsorptions-Regenerationsverfahren wurde fünfmal wiederholt, um die Leistungsstabilität von modifizierten Adsorptionsmaterialien zu bewerten.

Ergebnisse und Diskussion

Wie in Abb. 1 gezeigt, trat eine Reihe typischer Peaks aufgrund der Schichtstrukturen für die so synthetisierten LDHs bei 2θ . auf =  11,5°, 23,0°, 34,5° und 60,5°, die den (003), (006), (009) bzw. (110)-Gitterebenen gemäß der vorherigen Literatur [23, 24] zugeschrieben wurden. Es sollte beachtet werden, dass eine Bragg-Reflexion (003) mit einem niedrigeren Winkel zusätzlich zur Well-Ordnung (00l )-Reihe, trat für DS/LDHs auf, die durch die expandierte Struktur als Interkalation organischer Anionen in die laminierten Platten von LDHs erzeugt wurden. Diese ausgedehnte Zwischenschicht, die auf eine hohe Exposition von Oberflächenhydroxylgruppen und eine geringe Diffusionsbeschränkung hindeutet, ermöglichte es DS/LDHs, eine Vorstufe für die nachfolgende Einführung von APS zu sein. APS-Pfropfen reduzierte die Kristallinität dramatisch. Die Hydrotalcit-ähnliche Struktur des Wirts wurde jedoch für die beobachtete (110)-Reflexion konserviert. Dies wurde durch das TEM-Bild von APS/LDHs (Abb. 2) bestätigt, da die Aggregate unregelmäßiger flockiger Partikel nachgewiesen wurden.

Röntgenbeugungsprofile von (a ) LDHs, (b ) DS/LDHs und (c) APS/LDHs

TEM-Bild von APS/LDHs

Das Molverhältnis von C/N beträgt 9 im APS-Molekül (C₉ H₂₃ NEIN₃ Si). Entsprechend würden die Molverhältnisse von C/N 7, 5 oder 3 betragen, wenn 1, 2 oder 3 Ethoxysilangruppen mit den Oberflächenhydroxylgruppen auf den LDH-Laminaten kondensieren [21]. Hier wurde das Molverhältnis von C/N (Tabelle 1) verwendet, um die erfolgreiche Pfropfung von APS weiter zu bestätigen. Als ein C/N-Molverhältnis von 6,59 erhalten wurde, war somit mindestens eine Ethoxysilangruppe in jedem APS-Molekül an die Metallschichten gebunden, während die anderen nach der Hydrolyse als intakte Ethoxysilangruppen oder freie Silanolbindungen präsentiert wurden.

Die TG-DTG-Studie (DTG ist die Ableitungskurve von TG) wurde durchgeführt, um die thermische Stabilität von modifizierten LDHs zu untersuchen. Wie in Abb. 3 dargestellt, durchliefen DS/LDHs drei Schritte des Massenverlusts, die der Entfernung von adsorbiertem Wasser unter 150 °C zugeschrieben wurden; die Dehydroxylierung im Temperaturbereich von 150 bis 300 °C mit deutlichem Verlust trat bei 240 °C auf, sowie die weitere Dehydroxylierung und Zersetzung von Dodecylsulfat über 300 °C [24, 25]. Das thermische Zersetzungsverhalten von APS/LDHs war signifikant unterschiedlich (Abb. 4). Es wurde festgestellt, dass der Gewichtsverlust von APS/LDHs aufgrund der Dehydroxylierung (150–300 °C) etwa 10 % betrug, viel weniger als der von DS/LDHs (etwa 30 %). Dies könnte hauptsächlich auf den Verbrauch von –OH auf den LDH-Laminaten nach der APS-Pfropfung durch die Kondensationsreaktion, wie in Abb. 5 interpretiert, zurückgeführt werden. Außerdem trat aufgrund der verzögerten Dehydroxylierung ein Gewichtsverlust auf, der noch bei einer höheren Temperatur von 321 °C seinen Höhepunkt erreichte auf APS/LDHs, die von der Wasserstoffbrückenbindung zwischen dem terminalen –NH₂ . profitieren könnten von APS-Molekülen und den Oberflächen-Hydroxylen auf LDH-Laminaten.

TG-DTG-Kurven von DS/LDHs

TG-DTG-Kurven von APS/LDHs

Schematische Darstellung zur Bildung von APS/LDHs

IR-Spektren modifizierter LDHs sind in Abb. 6 dargestellt. Für LDHs ist der starke breite Peak bei 3460 zentriert und die Bande bei 1650 cm ⁻¹ bezog sich auf Streck- und Biegeschwingungen von Hydroxylgruppen von der Oberfläche bzw. Zwischenschicht. Die Absorptionsbanden bei 1370 cm ⁻¹ wurden sowohl einzähnigem Carbonat als auch interkaliertem NO₃ . zugeordnet ⁻ im Zwischenschichtraum von LDHs. Ein Oberton von Gitter-Mg-O-Schwingungen sowie Al-O-Moden überlagern das Spektrum von 800 bis 400 cm ⁻¹ . Die DS-Moleküle in DS/LDHs zeigten eine Gruppe charakteristischer Banden bei 2920 (Streckschwingung von –CH₃ Gruppen), 2852 (Streckschwingung von –CH₂ Gruppen), 1465 (C-H-Biegung des organischen Skeletts) und 1217/1075 cm ⁻¹ (die asymmetrischen und symmetrischen Streckschwingungen von –SO₃ ²⁻ Gruppen). Allerdings wurden die Intensitäten dieser charakteristischen Banden nach dem Pfropfen von APS wesentlich abgeschwächt, während neue Banden im Zusammenhang mit N-H- und NC-Bindungen in APS-Molekülen beobachtet wurden, z. B. die Schwingung von N-H₂ in den primären Amingruppen (RNH₂ ) bei 1570/1468 cm ⁻¹ und die C-N-Biegeschwingung von C-N bei 1124 cm ⁻¹ [13, 23].

FTIR-Spektren von (a ) LDHs, (b ) DS/LDHs und (c ) APS/LDHs

Obwohl ein Teil der Oberflächen-OH-Gruppen auf LDH-Laminaten durch seine Kondensationsreaktion mit den Silanolen von APS wie oben erwähnt verbraucht wurde, liegen die Banden bei 3460 und 1650 cm ⁻¹ wurden etwas aufgewertet. Es wurde berichtet, dass eine ungleichmäßige Verteilung von gepfropftem APS auftreten würde, wie die Clusterbildung von Aminogruppen über ihre intermolekularen Wasserstoffbrücken [16] und die Protonierung von Aminspezies (RNH₃ ⁺ ) erzeugt unter der Existenz von Wasser [26], mit Oberflächenhydroxylen oder mit freien Silanolgruppen. Es wurde auch angenommen, dass die basischen Moleküle oder Gruppen Wasserstoffbrückenbindungen an die Oberflächenhydroxyle von LDHs aufweisen könnten, obwohl diese Bindung eher schwach war [27]. Daher wurde hier die Verstärkung dieser Absorptionsbanden dem begrenzten –NH₂ . zugeschrieben Gruppen überlappten mit der –OH-Gruppe im gleichen IR-Bereich [28], was auf eine ziemlich unterschiedliche lokale Umgebung für CO₂ . hinweist Adsorption.

CO₂ Die Adsorptionsleistung von Amin-modifizierten LDHs wurde durch TGA bei verschiedenen Testtemperaturen untersucht. Wie in Abb. 7 gezeigt, ist CO₂ Die Adsorptionsmengen an APS/LDHs stiegen innerhalb der ersten 30 Minuten dramatisch an, gefolgt von einer langsamen Sättigungsphase. Ein CO₂ Während dieser Sättigungsstufe wurde eine Adsorptionskapazität von bis zu 2,09 mmol/g erreicht, viel höher als die von LDHs (typischerweise weniger als 1,0 mmol/g [29,30,31]). Daher trugen die eingebauten Aminogruppen zu CO₂ . bei deutlich einfangen. Es sollte beachtet werden, dass APS/LDHs ein CO₂ . aufwiesen Adsorptionsmenge von 1,55 mg/g bei 25 °C, während es im Temperaturbereich von 30 bis 75 °C eine ziemlich stabile Adsorptionskapazität zeigte. APS beginnt mit CO₂ . zu reagieren ab 28 °C [21]. Somit würde die höhere Viskosität von APS bei 25 °C zu einer stärkeren Stoffübergangsbeschränkung führen und seine Funktion für CO₂ . weiter schwächen einfangen.

CO₂ Adsorptionsprofile auf APS/LDHs bei verschiedenen Temperaturen

Es war die Zugänglichkeit von Aminogruppen und die Nähe benachbarter Aminopaare, die im Wesentlichen das CO₂ . bestimmten Adsorptionskapazität für aminmodifizierte Materialien. Die imprägnierten Amine würden gerne in den Poren von Trägern agglomerieren, was zu einer starken Diffusionsbeschränkung für CO₂ . führte Moleküle von der Oberfläche in die Masse [2, 9, 25, 32]. Die Zugänglichkeit aktiver Zentren in APS/LDHs könnte jedoch auch durch die zwischen den LDH-Laminaten interkalierten Kohlenwasserstoffketten beeinträchtigt werden, was die Mobilität und relative Nähe der Aminopaare verringert. Dies war vermutlich ungünstig für die Amineffizienz von APS/LDHs, die sich jedoch als etwas über 0,5 herausstellte, dem maximalen Wert basierend auf dem Zwitterionenmechanismus (Tabelle 1). Daraus wurde abgeleitet, dass es hier möglicherweise einen anderen Adsorptionsmechanismus gibt, der zur Amineffizienz beiträgt.

DRIFTS-Messung wurde eingeführt, um das CO₂ . zu untersuchen Adsorptionsmechanismus auf APS/LDHs (Abb. 8). Exposition gegenüber CO₂ /N₂ Gasgemisch führte zum Auftreten mehrerer typischer Absorptionspeaks, die auf die N-H-Deformation in RNH₃ . zurückzuführen waren ⁺ bei 1629 und 1489 cm ⁻¹ , der asymmetrische Streckmodus von COO ⁻ bei 1567 cm ⁻¹ , und die NCOO-Skelettvibration bei 1428 und 1326 cm ⁻¹ [13]. Offensichtlich CO₂ Die Adsorption an die primären Amine erfolgte über den Zwitterion-Mechanismus mit einer zweistufigen Sequenz, d. h. zunächst der Bildung eines Zwitterions und dem anschließenden Protonentransfer [13, 14].

DRIFTS-Spektren von CO₂ Adsorption und Desorption an APS/LDHs:(a ) Adsorption für 5 Minuten, (b ) Adsorption für 20 Minuten, (c ) 30 Minuten bei Raumtemperatur spülen, (d ) weitere 30 Minuten bei 120 °C spülen

Insbesondere die entstandene Bande bei 1703 cm ⁻¹ brauchte eine weitere Identifizierung. Da es unter milden Regenerationsbedingungen vollständig verschwand, während sich die gebildeten Carbamate bei höheren Temperaturen zersetzten, könnte diese Bande mit einem schwach gebundenen CO₂ . zusammenhängen Spezies um das begrenzte −NH₂ Gruppe [33], die eine andere lokale Umgebung für die Adsorption bereitstellte. CO₂ Moleküle könnten an diesen Aminogruppen über Wasserstoffbrückenbindungen eingefangen werden. Wuet al. [13] schrieb die Absorptionsbande bei 1706 cm ⁻¹ . zu zum wasserstoffgebundenen CO₂ Spezies, die durch seine Adsorption in der Nähe der protonierten Amingruppen erzeugt wird. Danonet al. [16] fanden auch heraus, dass die SBA-15-Oberfläche eine bedeutende Rolle bei den spezifischen Wechselwirkungen zwischen CO₂ . spielt und an die Oberfläche von SBA-15 gebundene Einheiten.

Eine stabile zyklische Adsorptions-/Desorptionsleistung von Adsorptionsmitteln ist für praktische Trennverfahren besonders erwünscht. Die zyklische Leistung von APS/LDHs wurde durch die Exposition gegenüber CO₂ . erhalten (Abb. 9) bei unterschiedlichen Adsorptionstemperaturen und anschließend wiederholt bei 120 °C regenerieren. Das CO₂ Die Adsorptionskapazität schwankte während dieser fünf Zyklen bei diesen Testtemperaturen um ihre anfängliche Adsorptionsmenge, was eine ausgezeichnete zyklische Leistung zeigte. Dies bot APS/LDHs eine hervorragende Möglichkeit, CO₂ . abzufangen aus auf fossilen Brennstoffen basierenden thermischen Kraftwerken [1]. Erstens konnte im Vergleich zu den kalzinierten LDH-Proben, die bei erhöhten Temperaturen, z. B. 400 °C, aktiviert werden mussten, eine Energieeinsparung für die Regeneration erzielt werden [34]. Darüber hinaus ist das CO₂ Die Adsorption an kalzinierten LDH-Proben nahm mit zunehmender Anzahl von thermischen Adsorptions-/Desorptionszyklen aufgrund irreversibler Chemisorption aufgrund der geringen thermischen Stabilität und Agglomeration der Partikel ab [35], während APS/LDHs hier eine überlegene Leistungsstabilität aufwiesen.

Leistungsstabilität von APS/LDHs während der aufeinander folgenden Zyklen von Adsorption-Desorption

Schlussfolgerungen

Für CO₂ . wurde eine Monoschicht aus endständigen Aminogruppen von APS auf LDHs (APS/LDHs) gepfropft zu erfassen. Es wurde festgestellt, dass der vergrößerte Schichtabstand, der durch Dodecylsulfonat gestützt wird, für die Einführung von APS günstig war. APS wurde durch kovalente Wechselwirkung an die LDH-Laminate gebunden. Die eingebauten Aminogruppen trugen viel zu CO₂ . bei Einfangen auf APS/LDHs sowohl durch den Zwitterion-Mechanismus als auch durch schwache Bindung, wie durch DRIFTS-Ergebnisse bestätigt. Das CO₂ Die Adsorptionskapazität stabilisierte sich während der fünf Adsorptions-Desorptionszyklen bei etwa 90 mg/g, was ein großes Anwendungspotenzial bei Temperaturwechseladsorptionsprozessen zeigt.

Bei Oxidadsorbentien auf LDH-Basis wird das allmählich reduzierte CO₂ Inanspruchnahmen waren vor allem aufgrund der zunehmenden Verknappung der Basisstandorte zu beobachten. APS/LDHs sind jedoch robuster gegenüber einer Vielzahl von Behandlungsbedingungen, da sie auf der chemischen Kombination von (3-Aminopropyl)triethoxysilan und den Metallschichten basieren. Dadurch wird der deutliche Verlust der Adsorptionskapazität durch das organische Auswaschen der Feststoffe während der zyklischen Prüfung wirksam verhindert. Und das eingefangene CO₂ könnte unter 120 °C auf APS/LDHs vollständig desorbiert werden, was eine ziemlich sichere Betriebstemperatur ist, um den Aminabbau oder die thermische Konformationsänderung zu vermeiden.

Abkürzungen

APS:

(3-Aminopropyl)triethoxysilan

Driften:

Infrarot-Fourier-Transformationsspektroskopie mit diffuser Reflexion

DS:

Dodecylsulfat

EA:

Elementaranalyse

FTIR:

Reflexions-Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrometer

HMS:

Hexagonales mesoporöses Siliciumdioxid

LDHs:

Geschichtete Doppelhydroxide

TEM:

Transmissionselektronenmikroskopie

TG-DTG:

Thermogravimetrische Analyse-Ableitungskurve von TG

XRD:

Röntgenbeugung