Scalable and Highly Porous Membrane Adsorbents for Direct Air Capture of CO2

材料科学 吸附 化学工程 聚乙烯亚胺 差示扫描量热法 吸附 解吸 多孔性 玻璃化转变 聚合物 相对湿度 复合材料 有机化学 化学 生物化学 转染 热力学 基因 物理 工程类
作者
Thien Tran,Shweta Singh,Shiwang Cheng,Haiqing Lin
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (17): 22715-22723 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsami.4c02873
摘要

Direct air capture (DAC) of CO2 is a carbon-negative technology to mitigate carbon emissions, and it requires low-cost sorbents with high CO2 sorption capacity that can be easily manufactured on a large scale. In this work, we develop highly porous membrane adsorbents comprising branched polyethylenimine (PEI) impregnated in low-cost, porous Solupor supports. The effect of the PEI molecular mass and loading on the physical properties of the adsorbents is evaluated, including porosity, degradation temperature, glass transition temperature, and CO2 permeance. CO2 capture from simulated air containing 400 ppm of CO2 in these sorbents is thoroughly investigated as a function of temperature and relative humidity (RH). Polymer dynamics was examined using differential scanning calorimetry (DSC) and broadband dielectric spectroscopy (BDS), showing that CO2 sorption is limited by its diffusion in these PEI-based sorbents. A membrane adsorbent containing 48 mass% PEI (800 Da) with a porosity of 72% exhibits a CO2 sorption capacity of 1.2 mmol/g at 25 °C and RH of 30%, comparable to the state-of-the-art adsorbents. Multicycles of sorption and desorption were performed to determine their regenerability, stability, and potential for practical applications.
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