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Interactions of an Imine Polymer with Nanoporous Silica and Carbon in Hybrid Adsorbents for Carbon Capture
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-04-05 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c00305 Gernot Rother 1 , Uma Tumuluri 1 , Kuan Huang 2 , William T. Heller 3 , Sheng Dai 1, 2 , Jan-Michael Carrillo 4 , Bobby G. Sumpter 4
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-04-05 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c00305 Gernot Rother 1 , Uma Tumuluri 1 , Kuan Huang 2 , William T. Heller 3 , Sheng Dai 1, 2 , Jan-Michael Carrillo 4 , Bobby G. Sumpter 4
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Efficient carbon capture from stationary point sources can be achieved using hybrid adsorbents comprising nanoporous substrates coated with imine polymers. The physical properties of the CO2-adsorbing, nanodispersed polymers are altered by their interactions with the substrate, which in turn may impact their capture capacity. We study silica and carbon nanoporous substrates with different pore morphologies that were impregnated with polymer imine with the goal of characterizing the polymer dispersions in the pores. For silica and carbon samples, the mean densities of confined poly(ethylene imine) (PEI) were measured as functions of polymer loading and temperature using small-angle neutron scattering. Strong densification is found for imine polymers imbibed in mesoporous carbon. PEI in nanoporous silica does not experience this strong densification. At high loadings, plugs form, preferably at the pore throats, and can reduce accessible porosity. CO2 capture measurements show that PEI interactions with the substrate play an important role. PEI in carbon shows the highest capture capacity at low temperatures and the lowest CO2 adsorption at high temperatures, making it well-suited for temperature swing adsorption applications.
中文翻译：
亚胺聚合物与纳米多孔二氧化硅和碳在杂化吸附剂中的相互作用，用于碳捕集
使用包含吸附有亚胺聚合物的纳米孔基质的混合吸附剂，可以实现从固定点源有效捕集碳。CO 2的物理性质吸附性的纳米分散聚合物会因其与底物的相互作用而发生变化，进而影响其捕获能力。我们研究了用聚合物亚胺浸渍的具有不同孔形态的二氧化硅和碳纳米孔基质，目的是表征聚合物在孔中的分散性。对于二氧化硅和碳样品，使用小角度中子散射测量了受限聚（乙烯亚胺）（PEI）的平均密度与聚合物负载和温度的关系。对于吸收在中孔碳中的亚胺聚合物，发现了强烈的致密化作用。纳米多孔二氧化硅中的PEI不会经历这种强烈的致密化。在高载荷下，优选在孔喉处形成堵塞，并且可以减少可进入的孔隙率。一氧化碳2捕获测量结果表明，PEI与底物的相互作用起着重要作用。碳中的PEI在低温下显示出最高的捕获能力，而在高温下显示出最低的CO 2吸附，使其非常适合于变温吸附应用。
更新日期：2021-04-20
中文翻译：
亚胺聚合物与纳米多孔二氧化硅和碳在杂化吸附剂中的相互作用，用于碳捕集
使用包含吸附有亚胺聚合物的纳米孔基质的混合吸附剂，可以实现从固定点源有效捕集碳。CO 2的物理性质吸附性的纳米分散聚合物会因其与底物的相互作用而发生变化，进而影响其捕获能力。我们研究了用聚合物亚胺浸渍的具有不同孔形态的二氧化硅和碳纳米孔基质，目的是表征聚合物在孔中的分散性。对于二氧化硅和碳样品，使用小角度中子散射测量了受限聚（乙烯亚胺）（PEI）的平均密度与聚合物负载和温度的关系。对于吸收在中孔碳中的亚胺聚合物，发现了强烈的致密化作用。纳米多孔二氧化硅中的PEI不会经历这种强烈的致密化。在高载荷下，优选在孔喉处形成堵塞，并且可以减少可进入的孔隙率。一氧化碳2捕获测量结果表明，PEI与底物的相互作用起着重要作用。碳中的PEI在低温下显示出最高的捕获能力，而在高温下显示出最低的CO 2吸附，使其非常适合于变温吸附应用。
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