Opis projektu
Badanie wychwytu CO2 przez porowate adsorbenty krzemowe
Wielkość światowej emisji CO2 pochodzącej ze spalania paliw kopalnych stale rośnie, a rok 2017, kiedy poziom ten wyniósł 32,5 gigatony, był w tym względzie rekordowy. Uważa się, że technologie wykorzystujące adsorpcję mogą w istotny sposób przyczynić się do ograniczenia emisji CO2. Ze względu na niższe koszty regeneracji, krzemionka porowata modyfikowana grupami aminowymi (AMPS) jest najbardziej obiecującym adsorbentem CO2 i może zastąpić stosowaną od dziesięcioleci technologię oczyszczania aminowego. Jednak wiedza na temat molekularnego procesu adsorpcji CO2–AMPS jest wciąż ograniczona, co utrudnia postępy w projektowaniu doskonalszych sorbentów. Twórcy finansowanego ze środków UE projektu NMR4CO2 chcą wypełnić tę lukę w wiedzy, wykorzystując po raz pierwszy technologicznie zaawansowany, powierzchniowo wzmocniony jądrowy rezonans magnetyczny do badania właściwości chemicznych gazów kwaśnych (głównie CO2) związanych na powierzchni AMPS oraz granic fazowych gazu i ciała stałego przy użyciu symulowanych mieszanin gazu przemysłowego.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
3810-193 Aveiro
Portugalia