DE102022103174A1 - Functionalized activated carbon as an adsorbent for the separation of CO2 from atmospheric air - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft funktionalisierte Aktivkohle geeignet für die Abscheidung von CO2aus der Atmosphärenluft, deren Herstellung, sowie deren Verwendung in einem Verfahren zur Abscheidung von CO2aus der Atmosphärenluft.The invention relates to functionalized activated carbon suitable for separating CO2 from atmospheric air, its production and its use in a method for separating CO2 from atmospheric air.
Description
Die Erfindung betrifft funktionalisierte Aktivkohle geeignet für die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Atmosphärenluft, deren Herstellung, sowie deren Verwendung in einem Verfahren zur Abscheidung von CO2 aus der Atmosphärenluft.The invention relates to functionalized activated carbon suitable for separating carbon dioxide (CO 2 ) from atmospheric air, its production and its use in a method for separating CO 2 from atmospheric air.
Die Notwendigkeit, den durch Treibhausgasemissionen verursachten globalen Klimawandel zu verlangsamen, ist sehr dringlich. Vor allem der Anstieg der atmosphärischen CO2-Werte muss nachhaltig vermieden werden. Neben der Vermeidung und der Reduzierung von CO2 sind Technologien zum Adsorbieren von CO2 aus der Umgebungsluft, bekannt. Insbesondere ist das „Direct Air Capture“ (DAC) geeignet, um durch „negative Kohlenstoffemissionen“ den Anteil an CO2 in der Atmosphärenluft zu reduzieren. Durch die Entwicklung von geeigneten Adsorptionsmaterialien soll eine effiziente und energetisch sinnvolle CO2-Abscheidung ermöglicht werden.The need to slow global climate change caused by greenhouse gas emissions is very urgent. Above all, the increase in atmospheric CO 2 levels must be avoided in the long term. In addition to avoiding and reducing CO 2 , technologies for adsorbing CO 2 from the ambient air are known. In particular, "Direct Air Capture" (DAC) is suitable for reducing the proportion of CO 2 in the atmospheric air through "negative carbon emissions". The development of suitable adsorption materials should enable efficient and energetically sensible CO 2 separation.
Eine Herausforderung dabei ist, die Entwicklung von effizienten Adsorptionsmaterialien, die eine hohe CO2-Adsorptionskapazität aufweisen und einen geringen Energieaufwand für die Desorption benötigen. Insbesondere thermischen Eigenschaften der Adsorptionsmaterialien stellen dabei einen effektiven Stellhebel zur Anwendung von DAC-Technologien im industriellen Maßstab dar.A challenge is the development of efficient adsorption materials that have a high CO 2 adsorption capacity and require little energy for desorption. In particular, the thermal properties of the adsorption materials represent an effective lever for the application of DAC technologies on an industrial scale.
Aus der
Bekannt sind klassische Adsorptionsmaterialien, welche beispielsweise den Metal Organic frameworks (MOFs), den Zeolithen, aminfunktionalisierte mesoporöse Materialien sowie polymerbasierte Adsorber.Classical adsorption materials are known, which include, for example, the metal-organic frameworks (MOFs), the zeolites, amine-functionalized mesoporous materials and polymer-based adsorbers.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Materialien bereitzustellen, die spezifisch auf die Erfordernisse zugeschnitten sind, welche die industrielle Abscheidung von CO2 aus der Atmosphärenluft, insbesondere die Direct Air Capture-Technologie (DAC-Technologie), stellt und dabei insbesondere hohe Adsorptionskapazität mit ökonomischen Vorteilen zu kombinieren vermag.The object of the invention is now to provide materials that are specifically tailored to the requirements of industrial separation of CO 2 from atmospheric air, in particular direct air capture technology (DAC technology), and in particular have a high adsorption capacity able to combine economic advantages.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche.This object is solved by the subject matter of the independent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Adsorptionsmittel aus Aktivkohle beschrieben, welche mit einem Aminotrialkoxysilan funktionalisiert wurde und geeignet ist, CO2 aus der Luft abzuscheiden.According to a first aspect of the invention, an adsorbent made of activated carbon is described, which has been functionalized with an aminotrialkoxysilane and is suitable for separating CO 2 from the air.
Klassische Adsorptionsmaterialien, beispielsweise die Metal Organic Frameworks (MOFs), Zeolithe sowie Polymere, weisen eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Durch diesen Umstand wird deutlich mehr Zeit und Energie zum Heizen und Kühlen benötigt. Beides wirkt sich negativ auf die Effizienz der Adsorptionsmaterialien aus, insbesondere im Falle der DAC-Technologie.Classic adsorption materials, such as Metal Organic Frameworks (MOFs), zeolites and polymers, have relatively low thermal conductivity. This circumstance requires significantly more time and energy for heating and cooling. Both have a negative impact on the efficiency of the adsorption materials, especially in the case of DAC technology.
Die hier beschriebenen aminfunktionalisierten Adsorptionsmittel bieten demgegenüber eine effiziente Möglichkeit, eine hohe Adsorptionskapazität mit ökonomischen Vorteilen zu kombinieren. Es wurde nun im Zusammenhang mit der Erfindung gefunden, dass dies insbesondere durch die Anpassung der Wärmeleitfähigkeit ermöglicht wird. Um die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid aus der Luft energetisch effizient zu gestalten, ist es wichtig, dass die Adsorptionsmaterialien so gewählt werden, dass für die Desorption und die dazugehörigen Aufheiz- und Abkühlphase die Energie auf ein Minimum reduziert wird. Dabei spielen auch die thermischen Eigenschaften der Adsorptionsmaterialien eine entscheidende Rolle. Eben dies wird durch die vorliegende Erfindung erreicht.In contrast, the amine-functionalized adsorbents described here offer an efficient way of combining high adsorption capacity with economic advantages. It has now been found in connection with the invention that this is made possible in particular by adapting the thermal conductivity. In order to make the separation of carbon dioxide from the air energetically efficient, it is important that the adsorption materials are chosen in such a way that the energy for the desorption and the associated heating and cooling phase is reduced to a minimum. The thermal properties of the adsorption materials also play a decisive role here. This is precisely what the present invention achieves.
Aktivkohle im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist brennbar und besteht überwiegend aus Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoffanteil bevorzugt bei wenigstens 90 Gew.-%, insbesondere bei wenigsten 95 Gew.-%, vorzugsweise bei wenigsten 98 Gew.-%, liegt. Die Aktivkohle weist eine poröse Struktur auf, wobei die Poren offenporig und wie bei einem Schwamm untereinander verbunden sind. Die innere Oberfläche beträgt bevorzugt zwischen 300 und 2000 m2/g Kohle. Die Dichte der Aktivkohle liegt bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 0,6 g/cm3.Activated charcoal within the meaning of the present application is combustible and consists predominantly of carbon, the carbon content preferably being at least 90% by weight, in particular at least 95% by weight, preferably at least 98% by weight. The activated carbon has a porous structure, with the pores being open-pored and interconnected like a sponge. The inner surface is preferably between 300 and 2000 m 2 /g coal. The density of the activated carbon is preferably in the range from 0.2 to 0.6 g/cm 3 .
Bevorzugt wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Stoff mit einem Kohlenstoffanteil von wenigstens 90%, einer innen Oberfläche von 300 und 2000 m2/g sowie einer Dichte in einem Bereich von 0,2 bis 0,6 g/cm3 als „Aktivkohle“ bezeichnet.In connection with the present invention, preference is given to a substance with a carbon content of at least 90%, an internal surface area of 300 and 2000 m 2 /g and a density in a range from 0.2 to 0.6 g/cm 3 as “activated carbon”. " designated.
Aktivkohle kann aus verschiedenen Quellen gewonnen werden. Zumeist wird diese aus pflanzlichen, tierischen, mineralischen oder petrochemischen Stoffen wie Braun-, Steinkohle hergestellt. Es sind im Stand der Technik verschiedene Arten von Aktivkohle bekannt. Solche Ausgangsmaterialien wie Holz, Torf, Kokosfaser und Nussschalen wird auch als Pflanzenkohle bezeichnet. Als Tierkohle wird Aktivkohle bezeichnet, die aus tierischem Material hergestellt wird. Mit Zuckerkohle wird eine Aktivkohle bezeichnet, die aus Glucose oder einem anderen Zucker als Ausgangsprodukt hergestellt wird.Activated charcoal can be obtained from a variety of sources. In most cases, this is made from plant, animal, mineral or petrochemical substances such as lignite or hard coal. Various types of activated carbon are known in the prior art. Such starting materials as wood, peat, coconut fiber and nut shells are also referred to as biochar. Activated charcoal made from animal material is called animal charcoal. Sugar charcoal is an activated charcoal that is made from glucose or another sugar as a starting material.
Für die Herstellung und Aktivierung sind die Gasaktivierung und die chemische Aktivierung zu nennen. Bei der Herstellung mit chemischer Aktivierung wird ein Gemisch von unverkohltem Ausgangsmaterial mit Chemikalien behandelt. Dies geschieht im Allgemeinen durch Verwendung mit Dehydratisierungsmitteln, insbesondere Zinkchlorid oder Phosphorsäure, bei vorzugsweise 500 bis 900 °C. Ein anderes Verfahren ist die trockene Destillation, auch Verkokung, bei der das Material in einer sauerstofffreien Atmosphäre erhitzt und flüchtige Bestandteile bei Temperaturen um die 800 °C ausgetrieben werden. Die so erhaltene Rohaktivkohle wird anschließend oxidativ aktiviert bei 700 bis 1000 °C mit Wasserdampf oder Kohlendioxid, zum Teil auch mit Luft. Bei dieser Aktivierung wird ein Teil des Kohlenstoffs nach dem Wassergasverfahren in Kohlenstoffmonoxid umgewandelt, wodurch zusätzliche Poren entstehen und die Oberfläche der Kohle vergrößert wird.Gas activation and chemical activation should be mentioned for production and activation. In chemical activation manufacturing, a mixture of uncharred raw material is treated with chemicals. This is generally done by using dehydrating agents, especially zinc chloride or phosphoric acid, preferably at 500 to 900°C. Another process is dry distillation, also known as coking, in which the material is heated in an oxygen-free atmosphere and volatile components are driven off at temperatures around 800 °C. The raw activated carbon obtained in this way is then activated by oxidation at 700 to 1000 °C with steam or carbon dioxide, sometimes also with air. During this activation, part of the carbon is converted into carbon monoxide using the water gas process, which creates additional pores and increases the surface area of the carbon.
Die gewonnene Aktivkohle kann insbesondere zur Herstellung des erfindungsgemäßen Adsorptionsmittels eingesetzt werden.The activated carbon obtained can be used in particular for the production of the adsorbent according to the invention.
Bevorzugt weist das Adsorptionsmittel wenigstens einen Aktivkohlegehalt von 80 Gew.-%, insbesondere mindestens 85 Gew.-%, bezogen auf die Masse des gesamten Adsorptionsmittel, auf. Weiter bevorzugt besteht das Adsorptionsmittel aus Aktivkohle und unterscheidet sich von Substraten, die nur mit Aktivkohle beschichtet sind.The adsorbent preferably has an activated carbon content of at least 80% by weight, in particular at least 85% by weight, based on the mass of the entire adsorbent. More preferably, the adsorbent consists of activated carbon and differs from substrates coated only with activated carbon.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Adsorptionsmaterial beschrieben, wobei das Aminotrialkoxysilan ein (3-Aminoalkyl)trialkoxysilan ist.According to a preferred embodiment, the adsorption material is described wherein the aminotrialkoxysilane is a (3-aminoalkyl)trialkoxysilane.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das Aminotrialkoxysilan ein (3-Aminoalkyl)triethoxysilan.According to a further preferred embodiment, the aminotrialkoxysilane is a (3-aminoalkyl)triethoxysilane.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das Aminotrialkoxysilan ein (3-Aminopropyl)trialkoxysilan.According to a further preferred embodiment, the aminotrialkoxysilane is a (3-aminopropyl)trialkoxysilane.
Gemäß einer noch weiter bevorzugten Ausführungsform ist das Aminotrialkoxysilan ein (3-Aminopropyl)triethoxysilan.In an even more preferred embodiment, the aminotrialkoxysilane is a (3-aminopropyl)triethoxysilane.
Ferner wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Adsorptionsmaterial beschrieben, wobei die Aktivkohle als im Wesentlichen mikroporöse Aktivkohle ausgebildet ist.Furthermore, according to a preferred embodiment, the adsorption material is described, wherein the activated charcoal is designed as an essentially microporous activated charcoal.
Die Porosität ist ein physikalisch relevanter Parameter zur Beschreibung. Die Porosität, oder Porenanteil, ist ein Maß für die Poren, und damit die freien Räume, in einem Material. Es ist der Bruchteil des Volumens der Poren über das Gesamtvolumen und nimmt Werte zwischen 0 und 1 oder als Prozentsatz zwischen 0 % und 100 % an. Bei empirischen Messungen der Porosität wird in der Regel der „zugängliche Hohlraum“ bestimmt, der gesamte von der Oberfläche her zugängliche Hohlraum.The porosity is a physically relevant parameter for description. The porosity, or pore fraction, is a measure of the pores, and thus the free spaces, in a material. It is the fraction of the volume of the pores over the total volume and takes values between 0 and 1 or as a percentage between 0% and 100%. Empirical measurements of porosity typically determine “accessible void space”, the total void space accessible from the surface.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bezieht sich die Porosität auf den gesamten Hohlraum der Aktivkohle. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform bezieht sich die Porosität auf den für Gase, insbesondere CO2 zugänglichen Hohlraum. Die Messung der inneren Oberfläche kann hier durch Gasbindung bestimmt werden, insbesondere durch Adsorption von CO2.According to a preferred embodiment, the porosity refers to the entire cavity of the activated carbon. According to a further preferred embodiment, the porosity relates to the cavity accessible to gases, in particular CO 2 . The measurement of the inner surface can be determined here by gas binding, in particular by adsorption of CO 2 .
Bezüglich der Porosität, gemäß deren mittleren Durchmessers, wird eine Einteilung in Klassen vorgenommen: Mikroporen von nicht mehr als 2 nm, Mesoporen von 2 bis 50 nm und Makroporen von über 50 nm.With regard to the porosity, according to their average diameter, a classification is made: micropores of no more than 2 nm, mesopores from 2 to 50 nm and macropores of more than 50 nm.
Als mittlerer Durchmesser der Poren wird in diesem Zusammenhang auf den Durchmesser einer Pore abgestellt, also den gemittelten diametralen Abstand zweier Punkte am Poreneingang.In this context, the mean diameter of the pores is based on the diameter of a pore, ie the average diametral distance between two points at the pore entrance.
Mesoporen sind die Zugangswege für Gase oder Flüssigkeiten in das Innere der Kohlen und wesentlich an Diffusions- und Stofftransportvorgängen in tieferliegende Bereiche des Korns beteiligt.Mesopores are the access routes for gases or liquids into the interior of the carbon and are significantly involved in diffusion and mass transport processes in deeper areas of the grain.
Bevorzugt weist die Aktivkohle eine im Wesentlichen mesoporöse Struktur auf. Als „im Wesentlichen mesoporös“ wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Aktivkohle mit einem Anteil von mesoporösen Poren bezogen auf die Gesamtanzahl von Poren von wenigstens 50 % bezeichnet, weiter bevorzugt von wenigstens 70 %.The activated carbon preferably has an essentially mesoporous structure. In connection with the present invention, “essentially mesoporous” refers to activated carbon with a proportion of mesoporous pores, based on the total number of pores, of at least 50%, more preferably at least 70%.
Ein solche im Wesentlichen mikroporöse Struktur hat sich als besonders gut funktionalisierbar gezeigt und ermöglicht die effiziente Adsorption von CO2. Insbesondere war Aminotrialkoxysilan gut für Funktionalisierung der mikroporösen Struktur geeignet, da diese hierdurch im Wesentlichen erhalten blieb.Such an essentially microporous structure has been shown to be particularly easy to functionalize and enables the efficient adsorption of CO 2 . In particular, aminotrialkoxysilane was well suited for the functionalization of the microporous structure, as this essentially preserved it.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung des Adsorptionsmittel, wobei das Verfahren die Funktionalisierung von Aktivkohle mit Aminotrialkoxysilan in einem Lösungsmittel umfasst.According to another aspect, there is a method of making the adsorbent, the method comprising functionalizing activated carbon with aminotrialkoxysilane in a solvent.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren zur Herstellung des Adsorptionsmittels beschrieben, wobei als Lösungsmittel ein Alkohol verwendet wird. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren zur Herstellung des Adsorptionsmittels beschrieben, wobei als Lösungsmittel Methanol verwendet wird.According to a preferred embodiment, the method for producing the adsorbent is described, with an alcohol being used as the solvent. According to a further preferred embodiment, the method for producing the adsorbent is described, with methanol being used as the solvent.
Bevorzugt wird ein Verfahren beschrieben, wobei vor der Funktionalisierung mit dem Aminotrialkoxysilan eine saure oder basische Vorbehandlung stattfindet. Hierdurch können die Vorteile der Funktionalisierung noch besser genutzt werden. Funktionalisierung und Vorbehandlung sind damit aufeinander abgestimmt.A process is preferably described in which an acidic or basic pretreatment takes place before the functionalization with the aminotrialkoxysilane. As a result, the advantages of functionalization can be used even better. Functionalization and pre-treatment are thus coordinated with one another.
Eine solche im Wesentlichen mikroporöse Struktur hat sich als besonders gut funktionalisierbar gezeigt und ermöglicht die effiziente Adsorption von CO2. Insbesondere ist das beschriebene Verfahren geeignet, um Aktivkohle mit im Wesentlichen mikroporöser Struktur zu funktionalisieren. Dabei ist insbesondere der Erhalt der mikroporösen Struktur der Aktivkohle für die effiziente Verwendung im DAC Verfahren wichtig. Dies wird durch die hier beschriebene Verfahrensführung, insbesondere die Verwendung des Aminotrialkoxysilan in einem Methanol Lösungsmittel erreicht. Andere Verfahrensführungen der Funktionalisierung verminderten oder zerstören die mikroporöse Struktur der Aktivkohle.Such an essentially microporous structure has been shown to be particularly easy to functionalize and enables the efficient adsorption of CO 2 . In particular, the method described is suitable for functionalizing activated carbon with an essentially microporous structure. Preserving the microporous structure of the activated carbon is particularly important for efficient use in the DAC process. This is achieved by the procedure described here, in particular the use of the aminotrialkoxysilane in a methanol solvent. Other functionalization procedures reduce or destroy the microporous structure of the activated carbon.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren zur Herstellung des Adsorptionsmittels beschrieben, wobei das Aminotrialkoxysilan in einer Menge von weniger als 2 Gew.-%, bevorzugt weniger als 1 Gew-%, weiter bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-% bezogen auf die Menge an Lösungsmittel eingesetzt wird.According to a further preferred embodiment, the method for producing the adsorbent is described, the aminotrialkoxysilane being present in an amount of less than 2% by weight, preferably less than 1% by weight, more preferably less than 0.5% by weight, based on the amount of solvent used.
Eine solche Menge an Aminotrialkoxysilan zeigt sich unter den weiteren Prozessbedingungen als optimal für die erforderliche Funktionalisierung.Under the further process conditions, such an amount of aminotrialkoxysilane is found to be optimal for the required functionalization.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Abscheidung von CO2 aus der Luft unter Verwendung des Adsorptionsmittels beschrieben, wobei das Adsorptionsmittel in einem Adsorptionsschritt mit atmosphärischer Luft in Kontrakt gebracht wird.According to a further aspect, a method for separating CO 2 from air using the adsorbent is described, wherein the adsorbent is brought into contact with atmospheric air in an adsorption step.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren zur Abscheidung von CO2 aus der Luft unter Verwendung des Adsorptionsmittels beschrieben, wobei das Adsorptionsmittel in einem Desorptionsschritt freigesetzt wird.According to a preferred embodiment, the method for separating CO 2 from the air using the adsorbent is described, the adsorbent being released in a desorption step.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren zur Abscheidung von CO2 aus der Luft unter Verwendung des Adsorptionsmittels beschrieben, wobei das Verfahren als DAC-Verfahren ausgebildet ist.According to a preferred embodiment, the method for separating CO 2 from the air using the adsorbent is described, the method being designed as a DAC method.
Das gewonnene CO2 kann nun weiterverwendet werden. Zur Verbesserung der Gesamt-CO2-Bilanz von Fahrzeugen ist der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen ein effektiver Stellhebel. Nachhaltige Polymerlösungen besitzen in diesem Zuge eine immer stärkere Bedeutung in der Automobilindustrie anhand der Lebenszyklusanalyse von Kraftfahrzeugen.The CO 2 obtained can now be reused. The use of renewable raw materials is an effective lever for improving the overall CO 2 balance of vehicles. In this context, sustainable polymer solutions are becoming increasingly important in the automotive industry based on the life cycle analysis of motor vehicles.
Das unter Verwendung des funktionalisierten Adsorptionsmaterials mittels DAC Verfahren gewonnene CO2 kann insbesondere zu Synthesezwecken verwendet werden. Thermoplastische Polymere auf Basis von gebundenem CO2 besitzen neben den Eigenschaften der leichten Verarbeitbarkeit, in Form von Umformungsprozessen, auch ein auf die jeweilige Anwendung spezifiziertes Eigenschaftsprofil und besitzen über den Produktlebenszyklus eine negative CO2-Bilanz.The CO 2 obtained using the functionalized adsorption material by means of the DAC process can be used in particular for synthesis purposes. Thermoplastic polymers based on bound CO 2 not only have the properties of easy processing, in the form of forming processes, but also a property profile specified for the respective application and have a negative CO 2 balance over the product life cycle.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred configurations of the invention result from the remaining features mentioned in the dependent claims.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Unless stated otherwise in the individual case, the various embodiments of the invention mentioned in this application can advantageously be combined with one another.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
-
1 Schematische Darstellung einer Ausführungsform des DAC-Verfahrens zur Abscheidung von CO2 aus der Atmosphärenluft mittels Adsoption an dem erfindungsgemäßen Adsoprtionsmittel
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1 Schematic representation of an embodiment of the DAC process for separating CO 2 from the atmospheric air by means of adsorption on the adsorption agent according to the invention
Die DAC-Vorrichtung ist hier als eine einzige Einheit umfassend das erfindungsgemäße Adsorptionsmittel aus Aktivkohle, welche mit einem Aminotrialkoxysilan funktionalisiert wurde, ausgebildet. Die Adsorption (10) und Desorption bzw. Regeneration (20) können nacheinander erfolgen.Here, the DAC device is configured as a single unit comprising the activated carbon adsorbent of the invention functionalized with an aminotrialkoxysilane. The adsorption (10) and desorption or regeneration (20) can take place one after the other.
Bei der Adsorption 10 wird das System im ersten Schritt geöffnet und Atmosphärenluft strömt ohne weitere Hilfsmittel oder mit Hilfe von Lüftern ein. Bei Umgebungstemperatur bindet CO2 chemisch an die CO2-verarmte Luft und verlässt das System 11. Dieser Schritt ist abgeschlossen, wenn das erfindungsgemäße Sorptionsmittel vollständig mit CO2 gesättigt ist. Im nächsten Schritt werden die Ventilatoren abgeschaltet, das Einlassventil geschlossen und die Restluft wahlweise durch einen Druckabfall 4 durch Absaugen oder Einbringen von Dampf aus dem System geführt.With
Anschließend erfolgt die Regeneration 20, indem das System auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird 3. Das erfindungsgemäße Adsorptionsmittel aus Aktivkohle, welche mit einem Aminotrialkoxysilan funktionalisiert wurde, setzt nun das CO2 wirksam frei. Das freigesetzte CO2 wird gesammelt und zur Reinigung, Komprimierung oder Verwertung aus dem System transportiert. Um einen weiteren Zyklus zu starten, sollte das System auf Umgebungsbedingungen abgekühlt werden.The
Sowohl während der Adsorption 10 als auch während der Desorption 20 wird elektrische Energie für den Betrieb der Anlage eingespeist 2, 5.Both during
Die im oben beschriebenen DAC Verfahren eingesetzte funktionalisierte Aktivkohle wird folgendermaßen erhalten:
- Es wird eine 0,25 Gew.-% Lösung von Aminotrialkoxysilan (APTM) in Methanol hergestellt. Anschließend wird so viel aktivierte Aktivkohle hinzugegeben, dass diese gerade noch vollständig mit Lösung bedeckt ist. Anschließend wird die Lösung gerührt, solange bis das Methanol vollständig verdampft ist.
- A 0.25% by weight solution of aminotrialkoxysilane (APTM) in methanol is prepared. Then enough activated carbon is added that it is just completely covered with solution. The solution is then stirred until the methanol has completely evaporated.
Eine solche im Wesentlichen mikroporöse Struktur hat sich als besonders gut funktionalisierbar gezeigt und ermöglicht die effiziente Adsorption von CO2. Insbesondere ist das beschriebene Verfahren geeignet, um Aktivkohle mit im Wesentlichen mikroporöser Struktur zu funktionalisieren. Dabei ist insbesondere der Erhalt der mikroporösen Struktur der Aktivkohle für die effiziente Verwendung im DAC Verfahren wichtig. Dies wird durch die hier beschriebene Verfahrensführung, insbesondere die Verwendung des Aminotrialkoxysilan in einem Methanol Lösungsmittel erreicht. Andere Verfahrensführungen der Funktionalisierung verminderten oder zerstören die mikroporöse Struktur der Aktivkohle.Such an essentially microporous structure has been shown to be particularly easy to functionalize and enables the efficient adsorption of CO 2 . In particular, the method described is suitable for functionalizing activated carbon with an essentially microporous structure. Preserving the microporous structure of the activated carbon is particularly important for efficient use in the DAC process. This is achieved by the procedure described here, in particular the use of the aminotrialkoxysilane in a methanol solvent. Other functionalization procedures reduce or destroy the microporous structure of the activated carbon.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Atmosphärenluftatmospheric air
- 22
- Elektrizitätseintrag AdsorptionElectricity entry adsorption
- 33
- Wärmeintragheat input
- 44
- Druckabfallpressure drop
- 55
- Elektrizitätseintrag RegenerationElectricity input regeneration
- 1010
- Adsorptionsphaseadsorption phase
- 1111
- Austrag von an CO2 verarmter LuftDischarge of CO 2 depleted air
- 1212
- Austrag von reinem CO2 Discharge of pure CO 2
- 1313
- Wasseraustragwater discharge
- 2020
- Regenerationsphaseregeneration phase
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