NL2029016B1 - Method and system for capturing carbon monoxide with an electrically switchable adsorbent - Google Patents

Method and system for capturing carbon monoxide with an electrically switchable adsorbent Download PDF

Info

Publication number
NL2029016B1
NL2029016B1 NL2029016A NL2029016A NL2029016B1 NL 2029016 B1 NL2029016 B1 NL 2029016B1 NL 2029016 A NL2029016 A NL 2029016A NL 2029016 A NL2029016 A NL 2029016A NL 2029016 B1 NL2029016 B1 NL 2029016B1
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
adsorbent
stage
desorption
adsorption
electrode
Prior art date
Application number
NL2029016A
Other languages
English (en)
Inventor
Ann Van Der Veen Monique
Ma Xiaozhou
Original Assignee
Univ Delft Tech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Delft Tech filed Critical Univ Delft Tech
Priority to NL2029016A priority Critical patent/NL2029016B1/en
Priority to PCT/NL2022/050474 priority patent/WO2023022594A1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL2029016B1 publication Critical patent/NL2029016B1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B01D53/326—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 in electrochemical cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28069—Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078—Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20—Organic adsorbents
    • B01D2253/204—Metal organic frameworks (MOF's)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
    • B01D2253/302—Dimensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
    • B01D2253/302—Dimensions
    • B01D2253/306—Surface area, e.g. BET-specific surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/502—Carbon monoxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Claims (17)

Conclusies
1. Werkwijze voor het afvangen van koolmonoxide (30) uit een fluïde mengsel (50) met gebruik van een adsorbens (100), waarbij het adsorbens (100) een grafietvlak (120) omvat dat pyridinische stikstof omvat, waarbij het adsorbens (100) Fe-Ny-sites (110) omvat, en waarbij de werkwijze omvat: - een adsorptiestadium (1) die het aan het fluide mengsel (50) blootstellen van het adsorbens (100) en het opleggen van een eerste potentiaal VI aan het adsorbens (100) omvat; en - een desorptiestadium (2) die het opleggen van een potentiaal V2 op het adsorbens (100) omvat; waarbij 0,4 V<V2-VI <1V.
2. De werkwijze volgens conclusie 1, waarbij tijdens het adsorptiestadium (1) de eerste potentiaal zodanig gekozen wordt dat ten minste 90 at.% van Fe in Fe-Ns-sites (110) Fe(II) omvat, en waarbij tijdens het desorptiestadium (2) de tweede potentiaal zodanig gekozen wordt dat ten minste 90 at.% Fe in Fe-Ny-sites (110) Fe(III) omvat.
3. De werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het adsorbens (100) ten minste 3,5 gew.% Fe omvat.
4. De werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het adsorbens (100) een uitwendig oppervlak (130) met een uitwendige oppervlaktesamenstelling omvat, de uitwendige oppervlaktesamenstelling, gebaseerd op röntgenfoto-elektronenmicroscopie, omvattende: - 0,1-20 gew.% O; - 60-90 gew.% C; - 3-15 gew.% N; -0,5-8 gew.% S; - 0,1-5 gew.% Fe; - 0,5-3 gew.% Zn.
5. De werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het adsorbens (100) een oppervlak Sa gekozen uit het bereik van 150 - 800 m?/g heeft; en waarbij het adsorbens (100) een porievolume V gekozen uit het bereik van 0,01 -0,5 cm?/g heeft.
6. De werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het adsorbens (100) ten minste 0,03 gew.% Fe-N;-sites omvat.
7. De werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de werkwijze het tijdens het adsorptiestadium (1) aan een adsorptietemperatuur gekozen uit het bereik van 10 — 50 °C blootstellen van het adsorbens (100) omvat, en waarbij de werkwijze het tijdens het desorptiestadium (2) tot een desorptietemperatuur gekozen uit het bereik van 10 - 400 °C blootstellen van het adsorbens omvat.
8. De werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de werkwijze het afwisselen tussen het adsorptiestadium (1) en het desorptiestadium (2) omvat, waarbij het adsorptiestadium (1) een adsorptieduur gekozen uit het bereik van maximaal één uur heeft, en waarbij het desorptiestadium (2) een desorptieduur gekozen uit het bereik van maximaal één uur heeft.
9. De werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de eerste potentiaal V1 uit het bereik van 0 — 0,3 V vs. Ag/AgCl gekozen wordt, en waarbij de tweede potentiaal uit het bereik van 0,7 — 1 V vs. Ag/AgCl gekozen wordt.
10. De werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het adsorbens (100) 3,5-12 gew.% Fe omvat, waarbij de werkwijze het tijdens het adsorptiestadium (1) aan een adsorptietemperatuur gekozen uit het bereik van 10 — 50 °C blootstellen van het adsorbens (100) omvat, en waarbij de werkwijze het tijdens het desorptiestadium (2) aan een desorptietemperatuur gekozen uit het bereik van 10-400 °C blootstellen van het adsorbens omvat, waarbij de werkwijze het afwisselen tussen het adsorptiestadium (1) en het desorptiestadium (2) omvat, waarbij het adsorptiestadium (1) een adsorptieduur gekozen uit het bereik van maximaal één uur heeft, en waarbij het desorptiestadium (2) een desorptieduur gekozen uit het bereik van maximaal één uur heeft, waarbij de eerste potentiaal Vl uit het bereik van 0 — 0,3 V vs. Ag/AgCl gekozen wordt, en waarbij de tweede potentiaal uit het bereik van 0,7 — 1 V vs. Ag/AgCl gekozen wordt, en waarbij het desorptiestadium het contacteren van de adsorbens (100) met een tweede fluïdum omvat, die, CO buiten beschouwing gelaten, een andere samenstelling heeft dan het fluïde mengsel (50).
11. Een systeem (200) voor het afvangen van koolmonoxide (30) uit een fluïde mengsel (50) met behulp van een adsorbens (100), waarbij het adsorbens (100) een grafietvlak (120) omvat dat pyridinische stikstof omvat, waarbij het adsorbens (100) Fe-Ns-sites (110) omvat, waarbij het systeem (200) een eerste elektrode (210), een fluidumstroomregeleenheid (230) en een ladingregeleenheid (240) omvat, waarbij het adsorbens (100) op de eerste elektrode (210) gerangschikt is, waarbij het systeem (200) een operationele modus omvat die een adsorptiestadium (1) en een desorptiestadium (2) omvat, waarbij: - het adsorptiestadium (1) omvat dat de fluïdumstroomregeleenheid (230) het adsorbens (100) aan het fluïde mengsel (50) blootstelt, en dat de ladingregeleenheid (240) een eerste potentiaal VI op de eerste elektrode (210) oplegt; en - het desorptiestadium (2) omvat dat de fluidumstroomregeleenheid (230) het adsorbens (100) aan een tweede fluidum (60) blootstelt, en dat de ladingregeleenheid (240) een tweede potentiaal V2 op de eerste elektrode (210) oplegt; waarbij 0,4 V < V2-VI<1V.
12. Een productiewerkwijze voor het verschaffen van een adsorbens (100), waarbij de productiewerkwijze een voorbereidingsstadium (401), een pyrolysestadium (402), een zuurwasstadium (403) en een reductiestadium (404) omvat, waarbij:
- het voorbereidingsstadium (401) het verschaffen van een metaal-organisch raamwerk (410) omvat, waarbij het metaal-organisch raamwerk (410) tetraédrisch gecoördineerde metalen omvat, waarbij de tetraëdrisch gecoördineerde metalen aan stikstof van organische liganden gecoördineerd zijn, waarbij 1- 15 at.% van detetraëdrisch gecoördineerde metalen Fe omvatten, en waarbij ten minste 85 at.% van de tetraëdrisch gecoördineerde metalen een metaal gekozen uit de groep omvattende Zn?* en Cd?” omvatten; - het pyrolysestadium (402) het gedurende 1-3 uur aan pyrolyse bij een temperatuur gekozen uit het bereik van 900 - 1500°C onderwerpen van het metaal- organische raamwerk (410) om een gepyrolyseerd materiaal (420) te verschaffen; - het zuurwasstadium (403) het gedurende een wasduur van 4-6 uur met een zure vloeistof (435) wassen van het gepyrolyseerde materiaal (420) omvat, waarbij de zure vloeistof een pH gekozen uit het bereik van < 3 heeft; en - het reductiestadium (404) het gedurende een reductieduur van ten minste minuten bij een reductietemperatuur gekozen uit het bereik van 250 — 500°C aan een reductiemiddel (445) blootstellen van het gewassen gepyrolyseerde materiaal (430) omvat; waardoor het adsorbens (100) verschaft wordt. 20 13. De productiewerkwijze volgens conclusie 12, waarbij het reductiemiddel (445) 5-20 v/v% Hs omvat.
14. De productiewerkwijze volgens één van de voorgaande conclusies 12-13, waarbij de reductietemperatuur uit het bereik van 300 — 500 °C gekozen wordt.
15. Een adsorbens (100) verkrijgbaar met de productiewerkwijze volgens één van de conclusies 12-14, waarbij het adsorbens (100) een grafietvlak (120) omvat dat pyridinische stikstof omvat, waarbij het adsorbens ten minste 0,06 gew.% Fe- Ns-sites omvat.
16. Een eerste elektrode (210) die het adsorbens (100) volgens conclusie 15 omvat.
17. Gebruik van het adsorbens (100) volgens conclusie 15 of de eerste elektrode (210) volgens conclusie 16 voor het afvangen van koolmonoxide (30).
NL2029016A 2021-08-20 2021-08-20 Method and system for capturing carbon monoxide with an electrically switchable adsorbent NL2029016B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL2029016A NL2029016B1 (en) 2021-08-20 2021-08-20 Method and system for capturing carbon monoxide with an electrically switchable adsorbent
PCT/NL2022/050474 WO2023022594A1 (en) 2021-08-20 2022-08-19 Method and system for capturing carbon monoxide with an electrically switchable adsorbent

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL2029016A NL2029016B1 (en) 2021-08-20 2021-08-20 Method and system for capturing carbon monoxide with an electrically switchable adsorbent

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL2029016B1 true NL2029016B1 (en) 2023-02-27

Family

ID=78829429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL2029016A NL2029016B1 (en) 2021-08-20 2021-08-20 Method and system for capturing carbon monoxide with an electrically switchable adsorbent

Country Status (2)

Country Link
NL (1) NL2029016B1 (nl)
WO (1) WO2023022594A1 (nl)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5529763A (en) 1994-04-29 1996-06-25 Air Products And Chemicals, Inc. CO adsorbents with hysteresis
EP0792684A2 (en) * 1996-02-29 1997-09-03 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Novel adsorbent for carbon monoxide and method
WO2016086234A1 (en) * 2014-11-30 2016-06-02 The Texas A&M University System Non-noble element catalysts and methods for making
WO2017011873A1 (en) * 2015-07-20 2017-01-26 Newsouth Innovations Pty Limited Methods and materials for capturing and storing gas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5529763A (en) 1994-04-29 1996-06-25 Air Products And Chemicals, Inc. CO adsorbents with hysteresis
EP0792684A2 (en) * 1996-02-29 1997-09-03 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Novel adsorbent for carbon monoxide and method
WO2016086234A1 (en) * 2014-11-30 2016-06-02 The Texas A&M University System Non-noble element catalysts and methods for making
WO2017011873A1 (en) * 2015-07-20 2017-01-26 Newsouth Innovations Pty Limited Methods and materials for capturing and storing gas

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ROUQUEROL J. ET AL.: "Is the BET equation applicable to micro porous adsorbents?", STUD. SURF. SCI. CATAL., vol. 160, 2007, pages 49 - 56

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023022594A1 (en) 2023-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Microwave-assisted rapid synthesis of well-shaped MOF-74 (Ni) for CO2 efficient capture
Yang et al. Highly stable activated carbon composite material to selectively capture gas-phase elemental mercury from smelting flue gas: Copper polysulfide modification
Pan et al. Cation exchanged MOF-derived nitrogen-doped porous carbons for CO 2 capture and supercapacitor electrode materials
Ma et al. Experimental and theoretical demonstration of the relative effects of O-doping and N-doping in porous carbons for CO2 capture
Bao et al. Adsorption of CO2 and CH4 on a magnesium-based metal organic framework
Wang et al. Enhanced adsorption of dibenzothiophene with zinc/copper-based metal–organic frameworks
Jiang et al. Introduction of molecular building blocks to improve the stability of metal–organic frameworks for efficient mercury removal
Gadipelli et al. Tuning of ZIF‐derived carbon with high activity, nitrogen functionality, and yield–a case for superior CO2 capture
Yang et al. Development of selenized magnetite (Fe3O4− xSey) as an efficient and recyclable trap for elemental mercury sequestration from coal combustion flue gas
Chalkidis et al. Regenerable α-MnO2 nanotubes for elemental mercury removal from natural gas
Yu et al. Molten salt synthesis of nitrogen-doped porous carbons for hydrogen sulfide adsorptive removal
Song et al. Hydrogen sulfide adsorption on nano-sized zinc oxide/reduced graphite oxide composite at ambient condition
Sun et al. Graphene modified Cu-BTC with high stability in water and controllable selective adsorption of various gases
KR20180090017A (ko) 이산화탄소 포집용 금속-유기 골격체 유래 다공성 탄소 물질
Song et al. Enhanced adsorption of hydrogen sulfide and regeneration ability on the composites of zinc oxide with reduced graphite oxide
He et al. Efficient electro-assisted adsorption/desorption of phosphate on MOF-derived hierarchically porous carbon electrode
Sihn et al. Rapid extraction of uranium ions from seawater using novel porous polymeric adsorbents
Kan et al. Efficient catalytic removal of COS and H2S over graphitized 2D micro-meso-macroporous carbons endowed with ample nitrogen sites synthesized via mechanochemical carbonization
Wang et al. General strategies for effective capture and separation of noble gases by metal–organic frameworks
Florent et al. Effects of surface heterogeneity of cobalt oxyhydroxide/graphite oxide composites on reactive adsorption of hydrogen sulfide
Song et al. Effect of active zinc oxide dispersion on reduced graphite oxide for hydrogen sulfide adsorption at mid-temperature
Shang et al. CO2 capture from wet flue gas using transition metal inserted porphyrin-based metal-organic frameworks as efficient adsorbents
Goharibajestani et al. Effect of transition metal oxide nanoparticles on gas adsorption properties of graphene nanocomposites
Yue et al. N-doped carbons accelerate the reducing decomposition of copper nitrate and construct bifunctional adsorbents for adsorption desulfurization
Ma et al. Carbon monoxide separation: past, present and future