Descripción del proyecto
Investigación de la captura de CO2 en los adsorbentes de sílice porosa
Tras el máximo histórico de 32,5 gigatoneladas en 2017, las emisiones mundiales de CO2 provenientes de combustibles fósiles siguen en aumento. La adsorción se considera una tecnología viable para reducir estas emisiones. Debido a su menor coste de regeneración, la sílice porosa modificada con aminas (AMPS, por sus siglas en inglés) es el material adsorbente de CO2 más prometedor para reemplazar la vetusta tecnología de depuración por aminas líquidas. Sin embargo, sigue siendo difícil lograr comprender a escala molecular del proceso de adsorción de CO2-AMPS, lo que impide que avance el diseño de mejores adsorbentes. El proyecto NMR4CO2, financiado con fondos europeos, aborda esta necesidad, y utiliza (por primera vez) la resonancia magnética nuclear de superficie mejorada de última generación para estudiar la química de gases ácidos (principalmente CO2) adsorbidos por la AMPS y de las interfaces gas-sólido con simulaciones de mezclas de gases industriales.
Objetivo
Reaching a historic high of 3Reaching a historic high of 32.5 gigatonnes in 2017, global carbon dioxide emissions from fossil fuels combustion continue to increase. CO2 removal technologies are part of the solution to tackle this crucial environmental challenge. Because of their lower regeneration cost, amine-modified porous silicas (AMPS) are the most promising CO2-adsorbents for replacing the decades-old liquid amine scrubbing technology. AMPS are “moisture-tolerant” and selectively chemisorb CO2 from low-concentration mixtures, important features for operating under large-point CO2 emission source conditions.
The nature of CO2 species formed on AMPS surfaces determines the gas adsorption capacity/kinetics, selectivity, stability, and regenerability. However, a molecular-scale understanding of the CO2-AMPS adsorption process remains elusive, hindering our ability to design improved sorbents. NMR4CO2 aims to fill in this gap, engaging for the first time state-of-the-art surface-enhanced ex- and in-situ solid-state NMR (SSNMR) to study the chemistry of acidic gases (mainly CO2) adsorbed on AMPS, and the gas-solid interfaces, using simulated industrial gas mixtures. The project combines the expertise of spectroscopists, chemists, and engineers to tackle these challenges.
NMR4CO2 encompasses the design of novel SSNMR methods to study the kinetically- and thermodynamically-driven CO2-AMPS adsorption process, comprising in-situ flow NMR, dynamic nuclear polarization NMR, and isotopically-labeled gas mixtures. Important outcomes include: i) identification of competing CO2 chemisorption pathways; ii) effect on CO2 speciation of textural properties, amine type, inter-amine spacing, and amine-support cooperative effects; iii) real-time monitoring of acid gas speciation in multiple adsorption/desorption cycles; iv) identification of sorbent deactivation species; v) effect of pressure on CO2 speciation and vi) improvement of AMPS sorbent properties by synthetic modification.
Ámbito científico
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-COG - Consolidator GrantInstitución de acogida
3810-193 Aveiro
Portugal