Al₂O₃/Adsorbentes basados en CaO dopados con MgO para la captura de CO₂: un estudio de rendimiento

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química
• Ciencias del medio ambiente

Sus antecedentes:

• El óxido de calcio (CaO) es crucial para la captura de CO2 en los procesos de ciclo de calcio.
• La sinterización y la degradación estructural limitan la estabilidad cíclica y la eficiencia de los sorbentes a base de CaO.
• La optimización del rendimiento del sorbente de CaO requiere una cuidadosa consideración de la selección de los precursores y las estrategias de dopaje.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de los diferentes precursores de calcio en el rendimiento de adsorción de CO2.
• Evaluar el impacto del dopaje de Al2O3 y MgO en la capacidad, cinética y estabilidad cíclica de los sorbentes de CaO.
• Desarrollar una estrategia para desacoplar la cinética de adsorción y la estabilidad cíclica en los adsorbentes de CO2 a base de CaO.

Principales métodos:

• Calcinación directa de cuatro precursores del calcio: oxalato de calcio, carbonato de calcio, monohidrato de calcio d-gluconato y carbonato de calcio comercial.
• Comparación sistemática del rendimiento de adsorción de CO2, incluida la capacidad, la cinética y la estabilidad cíclica durante múltiples ciclos de adsorción-desorción.
• Caracterización de las estructuras sorbentes utilizando técnicas para confirmar la evolución estructural y comprender el papel de los dopantes.

Principales resultados:

• El precursor de oxalato de calcio (CaO-1) mostró una alta adsorción inicial de CO2 (0,63 g/g) pero una baja estabilidad cíclica (38% de pérdida después de 10 ciclos) debido a la sinterización.
• El dopaje con Al2O3 (CaO-Al2O3, 95/5) aumentó la capacidad (0,65 g/g) y la cinética (0,23 g/g·min-1), pero aún exhibió degradación (33,8% después de 20 ciclos).
• El dopaje de MgO (CaO-MgO, 85/15) proporcionó una estabilidad cíclica excepcional, conservando una capacidad del 93% durante 10 ciclos, atribuida a una mayor resistencia a la sinterización.

Conclusiones:

• La ingeniería de precursores y la selección de dopantes son fundamentales para optimizar la compensación entre la cinética de adsorción de CO2 y la estabilidad cíclica.
• El dopaje de Al2O3 estabiliza las redes de poros, mientras que el dopaje de MgO preserva la integridad del marco, mitigando la sinterización.
• Un enfoque de doble dopaje con composiciones óptimas de CaO-Al2O3 (95/5) y CaO-MgO (85/15) ofrece una estrategia prometedora para adsorbentes de CO2 duraderos y rentables para el bucle de calcio.