מסננת מולקולרית זאוליט

מסננת מולקולרית זאוליט

זאוליט הוא אלומינוסיליקט המורכב מ-AlO4 tetrahedra המחליף את SiO4 tetrahedra, וכתוצאה מכך מטען שלילי המאוזן על ידי קטיונים הניתנים להחלפה הממוקמים בנקבוביות ובחללים ברחבי המבנה. באופן כללי, לכידת CO2 על ידי זאוליטים תלויה בגורמים כמו המבנה וההרכב של מסגרת הזאוליט, קטיונים וקבוצות פונקציונליות. בין חומרים נקבוביים להפרדת CO2, זאוליטים צברו פופולריות בטכנולוגיית ספיחה בשל יתרונותיהם כגון זמינות טובה, עלות נמוכה, קצב לכידת CO2 גבוה, קינטיקה מהירה ויציבות כימית ותרמית טובה.

מגוון רחב של יישומים. התאמת מבנה המסגרת, קטיונים, שינוי כימי ושילוב חומרים נחשבים לשיטות יעילות לביצועי ספיחה ופירוק CO2 של זאוליטים גבוהים. השתמשו בסימולציה מולקולרית כדי לדמות 13X
חילופי קטונים עם תכנים שונים של Li+, K+ ו-Ca2+ בזאוליטים. ביצועי הספיחה של זאוליטים שונים של חילופי קטונים עבור CO2 הוערכו מהיבטים של נפח נקבוביות, איזותרמית ספיחה, חום ספיחה וסלקטיביות CO2/N2. נמצא שלמולקולת CO2 יש מומנט מרובע פול. , אשר ניתן להשתמש בו עם זאוליטים קטיוניים קטנים יותר כגון Li+, ליחס הסיליקון לאלומיניום יש גם השפעה משמעותית על סלקטיביות הספיחה של CO2. Calleja et al. חקר את ההשפעה של יחס Si/Al על קוטביות זאוליט וספיחת CO2 על ידי התאמת יחס זיאוליט Si/Al. נמצא שככל שיחס ה-Si/Al יורד, הסלקטיביות של הסופח ל-CO2 עולה.

הוכן חומר זאוליט נטול קלסרים בעל מבנה היררכי באמצעות טכנולוגיית הדפסה תלת מימדית, שהראתה יציבות מכנית מצוינת ויכולת ספיחה של CO2 של 245.52 מ"ג/ג בתנאי טמפרטורה ולחץ רגילים. סוג של חומר זאוליט הוכן ב-25 לזאוליט RHO המסומם בנחושת יש קיבולת CO2 של 3.2 mmol/g בדרגה, מה שהופך אותו לטכנולוגיית לכידת פחמן פוטנציאלית בתנודת לחץ. שינוי כימי משפר למעשה את סלקטיביות הספיחה של זאוליט ל-CO2. מונואתנולמין (MEA) ואתילנדיאמין (ED) מקובעים כימית למסגרת הזאוליט באמצעות קשרים יוניים כדי להתגבר על בעיית הפירוק של אמינים. ה-amine@HY המוכן לדגימה יש סלקטיביות מעולה של ספיחת CO2, ויש לה יציבות תרמית מחזורית מעולה בתנאים של טמפרטורת ספיחה של 90 מעלות וטמפרטורת ספיחה של 150 מעלות. אמינים כגון מונואתנולמין, טטראתיל-פנטבוטילאמין ומורפולין הועמסו על זאוליט NaY. תוצאות המחקר מראות כי בלחץ רגיל ובטמפרטורה של 323 K, האינטראקציה בין קבוצות האמינים על פני השטח של זאוליט NaY ו-CO2 היא המנגנון העיקרי של ספיחתו. בהשוואה לפחם פעיל, לזאוליט יש יכולת לכידה טובה יותר וסלקטיביות גבוהה יותר של CO2/N2 בגזי פליטה עם לחץ חלקי נמוך של CO2 (15% CO2, 85% N2). עם זאת, ישנה גם בעיה של ירידה משמעותית ביכולת הספיגה בתנאי טמפרטורה גבוהים, ויכולת הספיגה של CO2 זניחה מעל 200 מעלות. הפשרה בין יכולת הספיחה, קינטיקה של ספיחה ויציבות מכנית של זאוליטים נותרה אתגר גדול ביישומים התעשייתיים שלהם. Z בדיקות ריצת פיילוט נערכו על יחידת VPSA חד-שלבית עמוסה בזאוליט 5A וזאוליט 13X. ללכידה של גז פליטה עם ריכוז CO2 של 15.0%, זאוליט 5A יכול להגיע לריכוז העשרה של 71% עד 81%, ושיעור ההחלמה הוא 86% עד 91%; אמנם לזאוליט 13X יש יכולת ספיחת CO2 טובה יותר, אך הראה ביצועים דומים לזאוליט 5A בבדיקות פעולת טייס, עם ריכוז העשרה של 73% עד 82% ושיעור התאוששות של 85% עד 95%. הסיבה העיקרית היא שהקוטביות החזקה יותר של 13X מייקרה את הספיחה. לכן, ביישום, בחירת הזאוליט צריכה להתבסס על תנאי גז ההזנה בפועל ועל המאפיינים הקינטיים של הספיחה והספיחה של הזאוליט.