Kapacity sorbentů získaných impregnací anorganických nosičů PEI dle postupů v literatuře

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F60461373%3A22320%2F24%3A43930172" target="_blank" >RIV/60461373:22320/24:43930172 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

<a href="https://paliva.vscht.cz/cz/archiv-clanku/detail/65" target="_blank" >https://paliva.vscht.cz/cz/archiv-clanku/detail/65</a>

DOI - Digital Object Identifier

<a href="http://dx.doi.org/10.35933/paliva.2024.03.02" target="_blank" >10.35933/paliva.2024.03.02</a>

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Kapacity sorbentů získaných impregnací anorganických nosičů PEI dle postupů v literatuře

Popis výsledku v původním jazyce

Zde prezentovaná studie se zaměřila na výzkum adsorbentů pro odlučování oxidu uhličitého ze spalin a jiných odpadních plynů. Konkrétně se věnovala možnosti eliminace trvalého problému s nedostatečnou odolností anorganických adsorbentů vůči nežádoucí – parazitní – adsorpci vlhkosti ze zpracovávaného plynu. Na základě optimistických údajů publikovaných ohledně mokré impregnace adsorbentů rozvětveným polyethyleniminem (PEI) byly otestovány čtyři metody přípravy zeolitu impregnovaného PEI vycházející z literatury. Penetrace činidla do porézní struktury zeolitu bylo dosaženo: působením ultrazvuku, působením vakua, kombinací vakua a přetlaku a odvařením rozpouštědla bez další operace. Surový zeolit byl charakterizován pomocí rentgenové fluorescenční spektrometrie a rentgenové difraktometrie podrobil se rovněž texturní analýze. Charakterizace impregnovaných produktů zahrnovala především termogravimetrickou analýzu, texturní analýzu a organickou elementární analýzu. Adsorpční kapacity surového zeolitu i impregnovaných produktů byly kromě gravimetrického screeningu stanoveny především pomocí tlakové průtočné aparatury s pevným ložem vzorku. Poznatky z analýz a zejména měření kapacit nepotvrdily téměř žádný z výsledků publikovaných v literatuře. Např. při použití vlhkého plynu s obsahem 15 % CO2 za tlaku 600 kPa a teploty 40 °C klesla kapacita (hmotnostně) vlivem impregnace z 2,4 % u surového zeolitu na 0,8 % u vzorku s hmotnostním zlomkem PEI 19 %. Testy s použitím suchého plynu vedly k ještě markantnějšímu zhoršení. Postup impregnace založený na odvaření rozpouštědla se navíc ukázal jako zcela nepoužitelný a přes opakované důsledné pokusy o reprodukování nevedl k získání produktu s měřitelnou kapacitou. Problémem není, že experimenty nevedly k pozitivnímu výsledku, ale především zásadní diskrepance mezi publikovanými údaji a pokusy o jejich reprodukování.

Název v anglickém jazyce

Capacities of sorbents prepared by impregnation of inorganic carriers with PEI using different methods

Popis výsledku anglicky

The study presented here focused on the research of adsorbents for the separation of carbon dioxide from flue gas or other waste gases. Specifically, it focused on the possibility of eliminating the permanent problem with the insufficient resistance of inorganic adsorbents to unwanted – parasitic – adsorption of moisture from the processed gas. Based on the promising data published in recent papers regarding the wet impregnation of adsorbents with branched polyethyleneimine (PEI), four methods for the preparation of PEI-impregnated zeolite were tested. Penetration of the agent into the porous structure of the zeolite was achieved by: applying ultrasound, applying vacuum, combining vacuum and overpressure and boiling off the solvent without further operation.The raw zeolite was characterized by X-ray fluores-cence spectrometry and X-ray diffractometry and also subjected to textural analysis. The characterization of the impregnated products mainly included thermogravimetric analysis, textural analysis and organic elemental anal-ysis. In addition to gravimetric screening, the adsorption capacities of raw zeolite and impregnated products were primarily determined using a pressure flow-through apparatus with a fixed bed adsorber. The experimental con-ditions were determined to be close to real industrial in-stallations: temperature during adsorption 20 and 40 °C, pressure during adsorption 600 kPa and 15% volume fraction of CO2 in the gas. Desorption was carried out by a combination of thermal desorption at 80 °C and vacuum.By reproducing the impregnation procedures from the literature, a PEI loading in the range of 4.1–23.7% was achieved, which is significantly lower than the liter-ature sources state for the same preparation procedures. The measurement of textural properties verified that, de-pending on the value of PEI loading, there is a gradual reduction of the specific surface area, the total pore volume and the virtual disappearance of micropores and small mesopores. Specifically, at a PEI loading of 4%, the BET surface area decreased compared to the pristine zeolite from 29.4 to 2.9 m2 g–1 and at the same time the total pore volume decreased from 0.13 to 0.02 cm3 g–1, etc.The measurement of capacities did not confirm al-most any of the results published in the literature. With-out exception, the adsorption capacity decreased with the amount of PEI introduced into the zeolite particles. E.g. if a gas with 80% relative humidity and a content of 15% CO2 was used at a pressure of 600 kPa and a temperature of 40 °C, the capacity (by mass) decreased due to impregnation from 2.4% (for raw zeolite) to 0.8% for the sample with PEI mass fraction of 19%. Tests using dry gas resulted in even more marked deterioration. Thus, one can only partially agree with the literature data in the sense that humidity slightly compensates the negative effect of PEI on capacity.The effect, where the capacity increases with increasing temperature due to the replacement of physical CO2 adsorption by its chemisorption in the PEI layer, was also not confirmed. For example, for the above sample, humidity and pressure, the capacity was 0.9% at 20 °C.The impregnation procedure based on boiling off the solvent turned out to be completely unusable and, despite repeated rigorous attempts to reproduce it, did not lead to a product with a measurable capacity. The results of the study can be summarized in the following sen-tence. The problem is not that the experiments did not lead to a positive result, but above all the fundamental discrepancy between the published data and the attempts to reproduce them.

Druh

J_SC - Článek v periodiku v databázi SCOPUS

CEP obor

—

OECD FORD obor

20704 - Energy and fuels

Projekt

<a href="/cs/project/TK03030167" target="_blank" >TK03030167: Nízkoemisní technologie energetického využití biomasy a alternativních paliv</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2024

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Název periodika

Paliva

ISSN

1804-2058

e-ISSN

—

Svazek periodika

16

Číslo periodika v rámci svazku

3

Stát vydavatele periodika

CZ - Česká republika

Počet stran výsledku

10

Strana od-do

83-92

Kód UT WoS článku

—

EID výsledku v databázi Scopus

2-s2.0-85206918527