在3D打印的多孔SiO结构上支持聚乙烯胺的捕获
René Wick-Joliat1, Florian B Weisshar1, Michal Gorbar1
1IMPE Institute of Materials and Process Engineering, School of Engineering, ZHAW Zurich University of Applied Sciences, Technikumstrasse 9, 8401 Winterthur, Switzerland.
Materials (Basel, Switzerland)
|June 27, 2024
概括
使用聚乙烯胺 (PEI) 功能化的3D打印烟可显著降低二氧化碳捕获的压力下降,同时保持高吸附能力. 这种有序的结构优于传统的颗粒物,优化了气体吸附过程.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 环境科学 环境科学
背景情况:
- 胺功能化的多孔固体材料显示出由于高容量和低再生温度而对二氧化碳捕获具有前景.
- 高氨基负载和基质多孔性可能导致反应堆中的压力下降,阻碍实际应用.
研究的目的:
- 为了比较二氧化碳吸附能力和压力下降的3D打印的单立体化与化粉,都用聚乙烯胺 (PEI) 功能化.
- 为了研究3D打印喷嘴直径和PEI负载对CO2吸附的影响.
- 为了评估3D打印结构与挤压颗粒物的性能.
主要方法:
- 用聚乙烯胺 (PEI) 功能化烟雾化粉和3D打印的单体结构.
- 使用不同喷嘴直径的3D打印单立体烟的制造.
- 碳二氧化碳吸附能力和压力下降在吸附床的表征.
- 在700°C的3D打印样品的烧结.
- 与挤压颗粒结构进行比较.
主要成果:
- 与具有相应二氧化碳吸附能力的蒸二氧化粉 (0.76 bar) 相比,3D打印的单立体蒸二氧化呈现出极大降低的压力下降 (0.01 bar).
- 最佳的二氧化碳吸附能力 (2.0 mmol/g在25 °C和5000 ppm CO2) 在0.4 mm喷嘴直径和34 wt%的PEI负载下实现.
- 3D打印和烧结保留了烟的高表面积,有助于高吸附能力.
- 与随机包装的挤压颗粒相比,3D打印的单体的有序通道系统显示出更高的二氧化碳吸附能力.
结论:
- 通过3D打印的单立体化在减少二氧化碳捕获应用的压力下降方面具有显著的优势,而不会影响吸附能力.
- 该研究强调了增材制造在设计碳捕获高效吸附剂结构方面的潜力.
- 有序的多孔结构优于随机包装的材料,以提高气体吸附性能.
