Effect of CO2 adsorbents on the Ni‐based dual‐function materials for CO2 capturing and in situ methanation

甲烷化 化学 吸附 等温过程 催化作用 解吸 替代天然气 碳纤维 二氧化碳 无机化学 核化学 合成气 物理化学 有机化学 材料科学 热力学 复合材料 物理 复合数
作者
Kian Hoong Chai,Loong Kong Leong,David Shan‐Hill Wong,De‐Hao Tsai,Sumathi Sethupathi
出处
期刊:Journal of The Chinese Chemical Society [Wiley]
卷期号:67 (6): 998-1008 被引量:48
标识
DOI:10.1002/jccs.202000086
摘要

Abstract The present work studied the effect of different carbon dioxide (CO 2 ) adsorbents on Ni‐based dual‐function materials (DFMs) for the development of carbon capture and on‐site utilization in a reactor at isothermal condition. The DFMs containing Ni functioning as a methanation catalyst with various CO 2 adsorbents (i.e., CaO, MgO, K 2 CO 3 , or Na 2 CO 3 ) were prepared on γ‐Al 2 O 3 through sequential impregnation. The result indicated that Ni‐Na 2 CO 3 /γ‐Al 2 O 3 had the highest methanation capacity (i.e., 0.1783 mmol/g) and efficiency (i.e., 71.09%) in the CO 2 adsorption–methanation test. The CO 2 uptake and the subsequent methanation capacity of the Ni‐Na 2 CO 3 /γ‐Al 2 O 3 increased to more than 24 times and more than 17 times, respectively, compared to Ni/γ‐Al 2 O 3 . The high methanation capacity was correlated to its highest amount of weak basic sites, substantial CO 2 capture capacity and capture/release efficiency, and reactivity to H 2 at a lower temperature, supported by CO 2 ‐TPD, TGA analyses for adsorption or adsorption–desorption at the isothermal condition, and H 2 ‐TPRea, respectively. A continuous cyclic CO 2 adsorption–methanation was performed by using the Ni‐Na 2 CO 3 /γ‐Al 2 O 3 and Ni‐CaO/γ‐Al 2 O 3 , showing that the CO 2 adsorption capacity was stabilized from third cycle onward, whereas the methanation capacity was stabilized at all cycles, indicating the high stability of the DFMs for both CO 2 adsorption and subsequent methanation. This work demonstrated successful synthesis of the Ni‐based, low‐cost, and stable DFMs with the ability to produce methane via the direct capture of CO 2 .
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