Forskere arbejder på kuldioxidopsamlingssystemer

En Missouri University of Science and Technology -forsker og hendes team udvikler teknologi, der kan hjælpe med at holde astronauter beskyttet mod kuldioxidopbygning under flyvning og ombord på den internationale rumstation.

Dr. Fateme Rezaei, assisterende professor i kemi- og biokemisk teknik ved Missouri S&T, og teamet har udviklet "robuste strukturer" i mekanisk stærke konfigurationer, der kan sammenlignes med pulvere i at adsorbere CO2. Deres resultater blev rapporteret i American Chemical Society's Anvendte materialer og grænseflader publikationer i september 2016 og februar 2017.

Udover at holde astronauterne sikre, teknologien kan forbedre pålideligheden og effektiviteten af ​​nuværende CO2-fjernelsessystemer. Arbejdet kan også føre til udvikling af omkostningseffektive og energieffektive adsorbentsystemer til rensning af andre gasstrømme. Industrielle gasseparationsprocesser omfatter naturgasrensning, olefin/paraffin-separation og hydrogengas-separation.

I undersøgelsen, der blev offentliggjort i september, Rezaeis team lavede 3D-printede 13X og 5A zeolitmonoliter med nye strukturer – honeycombs i krydsskraveringsmønstre – for at fange CO2 fra luften. ("13X" og "5A" er kommercielle navne på to typer zeolitmaterialer.)

Resultater indikerede, at 3-D printede monolitter med høj zeolitbelastning viser adsorptionsevner, der kan sammenlignes med pulversorbenter, hun siger. Adsorptionskapaciteterne for 5A og 13X monolitter var 1,59 og 1,60 millimol pr. Gram, henholdsvis, bruger 5, 000 ppm (0,5 procent) CO2 i nitrogen ved stuetemperatur.

Forsøgene viser relativt hurtig dynamik for monolitiske strukturer, siger Rezaei. De trykte zeolitmonolitter udviser god mekanisk stabilitet, som i sidste ende kan forhindre nedslidning og støvproblemer, som opstår i traditionelle pellets og perlepakningssystemer.

"3D-printteknikken tilbyder et alternativ, omkostningseffektiv og let tilgang til at fremstille strukturerede adsorbenter med afstembare strukturelle, kemiske og mekaniske egenskaber til brug i gasseparationsprocesser, " hun siger.

I undersøgelsen offentliggjort i februar, holdet lavede derefter andre typer CO2-adsorberende monolitter med den samme 3-D-printmetode. Monoliterne blev fremstillet under anvendelse af silica-understøttede aminer (aminosilica). Denne klasse af materialer har vist lovende ydeevne til at opfange CO2 fra gasstrømme. Ligesom zeolitter, 3-D-printede aminosilica-adsorbenter udviste lignende adsorbentegenskaber som deres pulveranaloger.

Mængden af ​​CO2, der fjernes af hver honeycomb, afhænger af dens "adsorptionskapacitet, "Rezaei siger, hvilket er defineret som en millimol CO2 pr. kg adsorbent. Monolittens fjernelse af kuldioxid er en cyklisk proces, hvilket betyder, at når den først er adsorberet og monolitten er mættet, den skal opvarmes for at fjerne den adsorberede CO2 for at starte den næste cyklus.

Disse tilgange er meget skalerbare sammenlignet med perler eller pellets, Siger Rezaei.

For PEI- og TEPA-aminopolymererne, direkte ekstrudering af de præfabrikerede materialer til en monolit viste sig at være den bedste måde at formulere disse adsorbenter på. Til APS, post-funktionalisering af en bar silica monolit var en brugbar strategi for deres formulering.

"Der skal arbejdes mere for yderligere at optimere pastaen og udskrivningsbetingelserne for denne materialeklasse, "Siger Rezaei." Samlet set på baggrund af vores resultater, 3D-trykningsteknikken ser ud til at være en lovende metode til at forme aminbaserede adsorbenter til praktiske kontaktorer, såsom monolitter, der let kan anvendes til store gasseparationsprocesser."