Mind the Gap: The Role of Mass Transfer in Shaped Nanoporous Adsorbents for Carbon Dioxide Capture

吸附 纳米孔 化学 传质 扩散 动力学 多孔介质 二氧化碳 热力学 多孔性 化学工程 活性炭 纳米技术 色谱法 有机化学 材料科学 工程类 物理 量子力学
作者
Margot F. K. Verstreken,Nicolas Chanut,Yann Magnin,Héctor Octavio Rubiera Landa,Joeri Denayer,Gino V. Baron,Rob Ameloot
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (34): 23633-23648 被引量:40
标识
DOI:10.1021/jacs.4c03086
摘要

Adsorptive separations by nanoporous materials are major industrial processes. The industrial importance of solid adsorbents is only expected to grow due to the increased focus on carbon dioxide capture technology and energy-efficient separations. To evaluate the performance of an adsorbent and design a separation process, the adsorption thermodynamics and kinetics must be known. However, although diffusion kinetics determine the maximum production rate in any adsorption-based separation, this aspect has received less attention due to the challenges associated with conducting diffusion measurements. These challenges are exacerbated in the study of shaped adsorbents due to the presence of porosity at different length scales. As a result, adsorbent selection typically relies mainly on adsorption properties at equilibrium, i.e., uptake capacity, selectivity and adsorption enthalpy. In this Perspective, based on an extensive literature review on mass transfer of CO2 in nanoporous adsorbents, we discuss the importance and limitations of measuring diffusion in nanoporous materials, from the powder form to the adsorption bed, considering the nature of the process, i.e., equilibrium-based or kinetic-based separations. By highlighting the lack of and discrepancies between published diffusivity data in the context of CO2 capture, we discuss future challenges and opportunities in studying mass transfer across scales in adsorption-based separations.
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