CO2 capture using low silica X zeolite synthesized from low-grade coal gangue via a two-step activation method

沸石 煅烧 结晶 氢氧化钾 材料科学 吸附 结晶度 化学工程 方解石 杂质 碱金属 比表面积 化学 催化作用 有机化学 复合材料 工程类
作者
Chenghao Liu,Fu Rao,Yalou Guo,Zhe Lü,Wenkang Deng,Guobiao Li,Hui Zhang,Tao Qi,Guoping Hu
出处
期刊:Journal of environmental chemical engineering [Elsevier BV]
卷期号:12 (2): 112074-112074 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.jece.2024.112074
摘要

The capture of carbon dioxide (CO2) has attracted significant attention to reduce the emissions of greenhouse gases. However, the development of adsorptive materials remains to be a grand challenge. In this work, we successfully synthesized low silica X (LSX) zeolites from low-grade coal gangue (mass ratio of Al2O3/SiO2 < 0.50), a major byproduct in the coal mining industry, without additional Si or Al source via a two-step activation method (TA). The LSX zeolite had a Si/Al mole ratio of 1.05 and a specific surface area of 634 m2/g. Synthesis conditions including calcination temperature, alkali fusion temperature, potassium hydroxide dosage and crystallization time were systematically investigated to understand the reaction mechanism and optimize the synthesis conditions. Results showed that quartz was the main impurity remained in the product and thermal activation at 1200 °C was beneficial to decompose quartz and suppress the formation of sodalite impurity. Zeolite A could be eliminated by optimizing potassium hydroxide dosage and crystallization time. Compared to the conventional alkali fusion method and calcination activation method, the zeolites synthesized via TA method had better crystallinity and higher purity. The LSX product showed a high CO2 uptake of 4.99 mmol/g at 298 K and 1 bar. The ideal adsorption solution theory (IAST) selectivity of CO2/N2 (15/85) and CO2/CH4 (50/50) were 376 and 200 at 298 K and 1 bar, respectively. The separation performance was further demonstrated using Aspen Adsorption and results showed a high purity and recovery of 92.6% and 91.3%, respectively, while using 50% CO2 in N2 as the feed gas at the adsorption pressure of 211 kPa and desorption pressure of 22 kPa.
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