ตะแกรงโมเลกุลซีโอไลต์

ตะแกรงโมเลกุลซีโอไลต์

ซีโอไลท์เป็นอะลูมิโนซิลิเกตที่ประกอบด้วย AlO4 เตตราเฮดราแทนที่ SiO4 จัตุรมุข ส่งผลให้มีประจุลบที่สมดุลโดยแคตไอออนที่แลกเปลี่ยนได้ซึ่งอยู่ในรูขุมขนและโพรงทั่วทั้งโครงสร้าง โดยทั่วไปแล้ว การจับ CO2 โดยซีโอไลต์ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น โครงสร้างและองค์ประกอบของเฟรมเวิร์กซีโอไลต์ แคตไอออน และหมู่ฟังก์ชัน ในบรรดาวัสดุที่มีรูพรุนสำหรับการแยก CO2 ซีโอไลต์ได้รับความนิยมในเทคโนโลยีการดูดซับเนื่องจากข้อดีของวัสดุเหล่านี้ เช่น ความพร้อมใช้งานที่ดี ต้นทุนต่ำ อัตราการดักจับ CO2 สูง จลนศาสตร์ที่รวดเร็ว และเสถียรภาพทางเคมีและความร้อนที่ดี

แอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย การปรับโครงสร้างเฟรมเวิร์ก แคตไอออน การดัดแปลงทางเคมี และการผสมวัสดุถือเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพสำหรับประสิทธิภาพการดูดซับและการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ของซีโอไลต์สูง ใช้การจำลองระดับโมเลกุลเพื่อจำลอง 13X
การแลกเปลี่ยนแคตไอออนกับเนื้อหา Li+, K+ และ Ca2+ ที่แตกต่างกันในซีโอไลต์ ประสิทธิภาพการดูดซับของซีโอไลต์ที่แลกเปลี่ยนแคตไอออนต่างๆ สำหรับ CO2 ได้รับการประเมินจากแง่มุมต่างๆ ของปริมาตรรูพรุน ไอโซเทอร์มของการดูดซับ ความร้อนของการดูดซับ และการเลือกสรรของ CO2/N2 พบว่าโมเลกุล CO2 มีโมเมนต์สี่เท่า ซึ่งสามารถใช้ได้กับซีโอไลต์ประจุบวกที่มีขนาดเล็กกว่า เช่น Li+ อัตราส่วนซิลิคอนต่ออะลูมิเนียมยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเลือกการดูดซับของ CO2 อีกด้วย คาลเลจา และคณะ สำรวจผลกระทบของอัตราส่วน Si/Al ต่อขั้วซีโอไลต์และการดูดซับ CO2 โดยการปรับอัตราส่วนซีโอไลต์ Si/Al พบว่าเมื่ออัตราส่วน Si/Al ลดลง ความสามารถในการคัดเลือกของตัวดูดซับสำหรับ CO2 จะเพิ่มขึ้น

วัสดุซีโอไลต์ไร้สารยึดเกาะที่มีโครงสร้างแบบลำดับชั้นถูกเตรียมโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งแสดงให้เห็นเสถียรภาพเชิงกลที่ดีเยี่ยมและความสามารถในการดูดซับ CO2 ที่ 245.52 มก./กรัม ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันปกติ มีการเตรียมวัสดุซีโอไลต์ชนิดหนึ่งที่อุณหภูมิ 25 ซีโอไลต์ RHO ที่เจือด้วยทองแดงมีความจุ CO2 อยู่ที่ 3.2 มิลลิโมล/กรัม ที่ระดับ ซึ่งทำให้เป็นเทคโนโลยีการดูดซับคาร์บอนที่แกว่งด้วยแรงดัน การดัดแปลงทางเคมีช่วยเพิ่มการเลือกการดูดซับของซีโอไลต์สำหรับ CO2 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โมโนเอทานอลเอมีน (MEA) และเอทิลีนไดเอมีน (ED) ได้รับการแก้ไขทางเคมีกับเฟรมซีโอไลต์ผ่านพันธะไอออนิกเพื่อแก้ไขปัญหาการย่อยสลายของเอมีน เอมีน@HY ที่เตรียมไว้ ตัวอย่างมีความสามารถในการเลือกดูดซับ CO2 ที่ดีเยี่ยม และมีเสถียรภาพทางความร้อนของวงจรที่ดีเยี่ยมภายใต้สภาวะอุณหภูมิการดูดซับ 90 องศา และอุณหภูมิการดูดซับ 150 องศา เอมีน เช่น โมโนเอทานอลเอมีน, เตตระเอทิลเพนบิวทิลเอมีน และมอร์โฟลีนถูกโหลดบน NaY ซีโอไลต์ ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าที่ความดันปกติและอุณหภูมิ 323 K ปฏิกิริยาระหว่างกลุ่มเอมีนบนพื้นผิวของ NaY ซีโอไลต์และ CO2 เป็นกลไกหลักของการดูดซับ เมื่อเปรียบเทียบกับถ่านกัมมันต์ ซีโอไลต์มีความสามารถในการดักจับที่ดีกว่าและมีการเลือก CO2/N2 สูงกว่าในก๊าซไอเสียที่มีความดันย่อย CO2 ต่ำ (CO2 15%, N2 85%) อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาความสามารถในการดูดซับลดลงอย่างมีนัยสำคัญภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง และความสามารถในการดูดซับ CO2 นั้นมีน้อยมากที่สูงกว่า 200 องศา การแลกเปลี่ยนระหว่างความสามารถในการดูดซับ จลนศาสตร์ของการดูดซับ และความเสถียรเชิงกลของซีโอไลต์ยังคงเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ในการใช้งานทางอุตสาหกรรม การทดสอบวิ่งนำร่อง Z ดำเนินการกับอุปกรณ์ VPSA ขั้นตอนเดียวที่อัดแน่นไปด้วยซีโอไลต์ 5A และซีโอไลต์ 13X สำหรับการจับก๊าซไอเสียที่ถูกลดความชื้นด้วยความเข้มข้น CO2 15.0% ซีโอไลต์ 5A สามารถเข้าถึงความเข้มข้นของสารเสริมสมรรถนะ 71% ถึง 81% และอัตราการคืนสภาพคือ 86% ถึง 91%; แม้ว่าซีโอไลต์ 13X จะมีความสามารถในการดูดซับ CO2 ได้ดีกว่า แต่ก็แสดงประสิทธิภาพที่คล้ายคลึงกับซีโอไลต์ 5A ในการทดสอบการทำงานนำร่อง โดยมีความเข้มข้นของการเสริมสมรรถนะที่ 73% ถึง 82% และอัตราการฟื้นตัวที่ 85% ถึง 95% สาเหตุหลักก็คือขั้วที่แรงกว่าของ 13X ทำให้การดูดซับมีราคาแพงกว่า ดังนั้นในการใช้งาน การเลือกซีโอไลต์จะต้องขึ้นอยู่กับสภาวะของก๊าซป้อนจริง และลักษณะจลนศาสตร์ของการดูดซับและการคายการดูดซึมของซีโอไลต์