Role of Additives in Composite PEI/Oxide CO2 Adsorbents: Enhancement in the Amine Efficiency of Supported PEI by PEG in CO2 Capture from Simulated Ambient Air

胺气处理 材料科学 介孔材料 化学工程 烟气 吸附 PEG比率 有机化学 催化作用 化学 财务 工程类 经济
作者
Miles A. Sakwa‐Novak,Shuai Tan,Christopher W. Jones
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:7 (44): 24748-24759 被引量:145
标识
DOI:10.1021/acsami.5b07545
摘要

Supported amines are promising candidate adsorbents for the removal of CO2 from flue gases and directly from ambient air. The incorporation of additives into polymeric amines such as poly(ethylenimine) (PEI) supported on mesoporous oxides is an effective strategy to improve the performance of the materials. Here, several practical aspects of this strategy are addressed with regards to direct air capture. The influence of three additives (CTAB, PEG200, PEG1000) was systematically explored under dry simulated air capture conditions (400 ppm of CO2, 30 °C). With SBA-15 as a model support for poly(ethylenimine) (PEI), the nature of the additive induced heterogeneities in the deposition of organic on the interior and exterior of the particles, an important consideration for future scale up to practical systems. The PEG200 additive increased the observed thermodynamic performance (∼60% increase in amine efficiency) of the adsorbents regardless of the PEI content, while the other molecules had less positive effects. A threshold PEG200/PEI value was identified at which the diffusional limitations of CO2 within the materials were nearly eliminated. The threshold PEG/PEI ratio may have physical origin in the interactions between PEI and PEG, as the optimal ratio corresponded to nearly equimolar OH/reactive (1°, 2°) amine ratios. The strategy is shown to be robust to the characteristics of the host support, as PEG200 improved the amine efficiency of PEI when supported on two varieties of mesoporous γ-alumina with PEI.
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