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Direct Air Capture of CO2 Using Amine/Alumina Sorbents at Cold Temperature
ACS Environmental Au ( IF 6.7 ) Pub Date : 2023-06-29 , DOI: 10.1021/acsenvironau.3c00010
Pranjali Priyadarshini 1 , Guanhe Rim 1 , Cornelia Rosu 1 , MinGyu Song 1 , Christopher W Jones 1
ACS Environmental Au ( IF 6.7 ) Pub Date : 2023-06-29 , DOI: 10.1021/acsenvironau.3c00010
Pranjali Priyadarshini 1 , Guanhe Rim 1 , Cornelia Rosu 1 , MinGyu Song 1 , Christopher W Jones 1
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Rising CO2 emissions are responsible for increasing global temperatures causing climate change. Significant efforts are underway to develop amine-based sorbents to directly capture CO2 from air (called direct air capture (DAC)) to combat the effects of climate change. However, the sorbents’ performances have usually been evaluated at ambient temperatures (25 °C) or higher, most often under dry conditions. A significant portion of the natural environment where DAC plants can be deployed experiences temperatures below 25 °C, and ambient air always contains some humidity. In this study, we assess the CO2 adsorption behavior of amine (poly(ethyleneimine) (PEI) and tetraethylenepentamine (TEPA)) impregnated into porous alumina at ambient (25 °C) and cold temperatures (−20 °C) under dry and humid conditions. CO2 adsorption capacities at 25 °C and 400 ppm CO2 are highest for 40 wt% TEPA-incorporated γ-Al2O3 samples (1.8 mmol CO2/g sorbent), while 40 wt % PEI-impregnated γ-Al2O3 samples exhibit moderate uptakes (0.9 mmol g–1). CO2 capacities for both PEI- and TEPA-incorporated γ-Al2O3 samples decrease with decreasing amine content and temperatures. The 40 and 20 wt % TEPA sorbents show the best performance at −20 °C under dry conditions (1.6 and 1.1 mmol g–1, respectively). Both the TEPA samples also exhibit stable and high working capacities (0.9 and 1.2 mmol g–1) across 10 cycles of adsorption–desorption (adsorption at −20 °C and desorption conducted at 60 °C). Introducing moisture (70% RH at −20 and 25 °C) improves the CO2 capacity of the amine-impregnated sorbents at both temperatures. The 40 wt% PEI, 40 wt % TEPA, and 20 wt% TEPA samples show good CO2 uptakes at both temperatures. The results presented here indicate that γ-Al2O3 impregnated with PEI and TEPA are potential materials for DAC at ambient and cold conditions, with further opportunities to optimize these materials for the scalable deployment of DAC plants at different environmental conditions.
中文翻译:
在低温下使用胺/氧化铝吸附剂直接空气捕获二氧化碳
CO 2排放量的增加导致全球气温升高,导致气候变化。人们正在大力开发胺基吸附剂,以直接从空气中捕获CO 2(称为直接空气捕获(DAC)),以应对气候变化的影响。然而,吸附剂的性能通常是在环境温度 (25 °C) 或更高温度下(最常见的是在干燥条件下)进行评估。可部署 DAC 设备的自然环境的很大一部分温度低于 25 °C,并且环境空气始终含有一定的湿度。在本研究中,我们评估了胺(聚乙烯亚胺(PEI)和四亚乙基五胺(TEPA))在环境温度(25 °C)和低温(−20 °C)下干燥和干燥条件下浸渍到多孔氧化铝中的 CO 2 吸附行为。潮湿的条件。40 wt% TEPA 掺入的 γ- Al 2 O 3样品(1.8 mmol CO 2 /g 吸附剂)在 25 °C 和 400 ppm CO 2 下的 CO 2 吸附容量最高,而40 wt% PEI 浸渍的 γ-Al 2 样品的 CO 2吸附容量最高O 3样品表现出中等吸收量(0.9 mmol g –1)。掺入PEI和TEPA的γ-Al 2 O 3样品的CO 2容量随着胺含量和温度的降低而降低。40 wt% 和 20 wt% TEPA 吸附剂在干燥条件下 -20 °C 下表现出最佳性能(分别为 1.6 和 1.1 mmol g –1)。两种 TEPA 样品在 10 个吸附-解吸循环(-20 °C 下吸附,60 °C 下解吸)中也表现出稳定且高的工作容量(0.9 和 1.2 mmol g –1 )。引入水分(-20 和 25 °C 下 70% RH)可提高胺浸渍吸附剂在两个温度下的CO 2容量。40 wt% PEI、40 wt% TEPA 和 20 wt% TEPA 样品在两种温度下均表现出良好的 CO 2吸收率。本文的结果表明,浸渍有 PEI 和 TEPA 的 γ-Al 2 O 3 是常温和寒冷条件下 DAC 的潜在材料,并且有进一步优化这些材料的机会,以便在不同环境条件下可扩展部署DAC装置。
更新日期:2023-06-29
中文翻译:

在低温下使用胺/氧化铝吸附剂直接空气捕获二氧化碳
CO 2排放量的增加导致全球气温升高,导致气候变化。人们正在大力开发胺基吸附剂,以直接从空气中捕获CO 2(称为直接空气捕获(DAC)),以应对气候变化的影响。然而,吸附剂的性能通常是在环境温度 (25 °C) 或更高温度下(最常见的是在干燥条件下)进行评估。可部署 DAC 设备的自然环境的很大一部分温度低于 25 °C,并且环境空气始终含有一定的湿度。在本研究中,我们评估了胺(聚乙烯亚胺(PEI)和四亚乙基五胺(TEPA))在环境温度(25 °C)和低温(−20 °C)下干燥和干燥条件下浸渍到多孔氧化铝中的 CO 2 吸附行为。潮湿的条件。40 wt% TEPA 掺入的 γ- Al 2 O 3样品(1.8 mmol CO 2 /g 吸附剂)在 25 °C 和 400 ppm CO 2 下的 CO 2 吸附容量最高,而40 wt% PEI 浸渍的 γ-Al 2 样品的 CO 2吸附容量最高O 3样品表现出中等吸收量(0.9 mmol g –1)。掺入PEI和TEPA的γ-Al 2 O 3样品的CO 2容量随着胺含量和温度的降低而降低。40 wt% 和 20 wt% TEPA 吸附剂在干燥条件下 -20 °C 下表现出最佳性能(分别为 1.6 和 1.1 mmol g –1)。两种 TEPA 样品在 10 个吸附-解吸循环(-20 °C 下吸附,60 °C 下解吸)中也表现出稳定且高的工作容量(0.9 和 1.2 mmol g –1 )。引入水分(-20 和 25 °C 下 70% RH)可提高胺浸渍吸附剂在两个温度下的CO 2容量。40 wt% PEI、40 wt% TEPA 和 20 wt% TEPA 样品在两种温度下均表现出良好的 CO 2吸收率。本文的结果表明,浸渍有 PEI 和 TEPA 的 γ-Al 2 O 3 是常温和寒冷条件下 DAC 的潜在材料,并且有进一步优化这些材料的机会,以便在不同环境条件下可扩展部署DAC装置。