RU2420352C1 - Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения co2 - Google Patents
Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения co2 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420352C1 RU2420352C1 RU2009139935/05A RU2009139935A RU2420352C1 RU 2420352 C1 RU2420352 C1 RU 2420352C1 RU 2009139935/05 A RU2009139935/05 A RU 2009139935/05A RU 2009139935 A RU2009139935 A RU 2009139935A RU 2420352 C1 RU2420352 C1 RU 2420352C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adsorbent
- mof
- type
- carrier
- oligomers
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- 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
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области очистки газов. Адсорбент содержит носитель, в качестве которого использована металлорганическая каркасная структура типа MOF-5, в узлах решетки которой находятся кластеры в виде неорганических оксометаллатных многогранников, содержащих ионы цинка, меди или кобальта, линкеры в виде остатков бензолполикарбоновых или бифенилкарбоновой кислоты, и инкаплулированные в поры носителя олигомеры, содержащие полиэтиленамины -CH2-CH(NH2)n типа РЕРА, где значение n=5-10. Создан эффективный материал с высокой адсорбционной емкостью по СO2.
Description
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к адсорбентам для хранения газов, улавливания, концентрирования и хранения CO2, и может быть использовано для глубокой очистки газов от диоксида углерода.
Решение проблемы улавливания, хранения и утилизации CO2 поставлено в ряд наиболее приоритетных задач в связи с проблемой глобального потепления и изменения климата. Решение этой проблемы предусматривает значительное снижение техногенных выбросов СО2. Эта проблема важна также и в случае разработки систем жизнеобеспечения космических станций, подводных лодок и т.д.
Для хранения СО2 используется способ закачивания СО2 в геологические породы, где этот газ образует карбонаты и уже не может быть использован для переработки в какие-либо ценные продукты. Кроме того, этот способ непригоден для решения проблемы жизнеобеспечения.
Известны некоторые твердые адсорбенты (цеолиты, угли), но их адсорбционная емкость ограничена 3-6 ммоль/г. Оксиды щелочноземельных металлов могут поглощать значительные количества CO2, например, оксид магния стехиометрически может реагировать с CO2 (25 ммоль CO2 на 1 г MgO), однако для полного выделения СО2 из такого материала требуются температуры до 600°С. По этой причине этот материал пригоден для поглощения CO2, но мало пригоден для концентрирования и хранения, предусматривающих возможность легкого выделения CO2 с малыми затратами энергии.
Известен поглотитель СО2, содержащий гидроксид лития 85-90 вес.% и гидроксид кальция 10-15 вес (ТУ6-16-24-97-81, ТР ВТ347-81). Его стехиометрическая емкость составляет 467 лСO2/кг, степень отработки - 0,32. Недостатками данного поглотителя являются его низкие химические характеристики, недостаточная механическая прочность.
Известен поглотитель CO2, содержащий асбест и соединение щелочного металла. В качестве соединения щелочного металла использован гидроксид натрия. Стехиометрическая емкость поглотителя составляет 280 л СO2/кг (GВ 1361913, CIA, 1974). Недостатками данного поглотителя являются его низкие кинетические характеристики, значительная гигроскопичность и невысокая степень отработки по CO2.
Описан также поглотитель диоксида углерода, содержащий асбест и соединение гидрид лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: гидрид лития 75-82 и асбест 18-25 (RU 2090257, B01J 20/04, B01J 20/30, 20.09.1997). Недостатками данного поглотителя являются гигроскопичность и невысокая степень отработки по CO2.
Ближайшим аналогом настоящего изобретения являются адсорбционные (абсорбционные) методы, основанные на реакции моноэтаноламина с CO2 с образованием карбамата, который далее при повышении температуры может разлагаться с выделением CO2. Однако этот «материал» для хранения СО2 позволяет запасать не более 5-6 ммоль/г и характеризуется рядом недостатков, в частности необходимостью очистки его от паров самого моноэтаноламина, который летуч и обладает неприятным запахом (Андреев Ф.А., Кардин С.И. и др. Технология связанного азота. М.: Химия, 1977).
Техническим результатом настоящего изобретения является создание эффективных материалов для хранения и концентрирования CO2 с емкостью по CO2, превосходящей емкость моноэтаноламина, выбранного в качестве прототипа.
Для достижения заявленного технического результата предлагается адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения CO2, состоящий из носителя с нанесенными на него олигомерами, содержащими аминогруппы, отличающийся тем, что в качестве носителя применена металлорганическая каркасная структура типа MOF-5, имеющая инкапсулированные олигомеры, содержащие полиэтиленамины -CH2-CH(NH2)n- типа РЕРА, где значение n находится в пределах от 5 до 10, в качестве линкеров остатки бензолполикарбоновой или бифенилкарбоновой кислоты, а в узлах решетки кластеры в виде неорганических оксометаллатных многогранников, содержащих ионы цинка, меди или кобальта.
Металлоорганические решетки (MOF) представляют собой новый класс пористых органических цеолитоподобных материалов, содержащих органические линкеры (например, ароматические поликарбоксилаты) и неорганические узлы [D.J.Tranchemontagne, J.Hunt, O.M.Yaghi, Tetrahedron, 2008, 1-5].
Согласно изобретению в качестве адсорбента использована структура MOF-5, [Zn4O(X)2], где Х - остаток бензолдикарбоновой (терефталевой) кислоты, бензолтрикарбоновой кислоты, бифенилдикарбоновой кислоты. В структуре MOF-5 неорганические оксометаллатные многогранники (кластеры) такие, как Zn4O, или неорганические комплексы, содержащие ионы меди или кобальта, соединены жесткими органическими линкерами, такими как анионы фенилендикарбоксилата, с образованием морфологии MOF - цеолитоподобной трехмерной кубической решетки. Атомы структуры MOF-5 занимают только малую долю имеющегося пространства кристалла, объем, доступный для адсорбции, составляет 80% объема кристалла (для сравнения в случае цеолита У - доступный для адсорбции около 35%). Поры формируют 3-D канальную систему с апертурой 8А° и сечением 12А°. Такой адсорбент способен адсорбировать до 0.7 г олигомера на 1 г адсорбента при 20°С. Для сравнения: морденит характеризуется емкостью около 0.1 г/г, цеолит У - 0.25 г/г.
Процесс адсорбции, улавливания и хранения основан на обратимых реакциях между CO2 и амино-группами олигомеров, инкапсулированных в пористое пространство твердых высокопористых носителей.
Адсорбент заявляемой структуры получают проведением реакции нитрата цинка, или меди, или кобальта с бензолполикарбоновыми кислотами (например, бензолтрикарбоновой или бензолдикарбоновой кислотой) или бифенилдикарбоновой кислотой в диметилформамиде при 80°С в течение 16 ч с последующей сушкой при 80°С получаемого продукта.
Возможность применения настоящего изобретения и достижения заявленного технического результата подтверждается следующими примерами.
Пример 1
1 г воздушно-сухого адсорбента MOF-5, [Cu4(ВТС)2], где ВТС - бензолтрикарбоновая кислота, пропитывали раствором олигомера полиэтиленамина -(СН2-СН(NH2))n - типа РЕРА (n=5-10). Количество адсорбированного олигомера составляет 0.7 г/г. Далее образец насыщают СО2 при 50°С, продувают Не и взвешивают. Количество поглощенного CO2 определяют также методом термодесорбции при 150°С (10 град/мин, скорость Не - 40 мл/мин) с улавливанием CO2 в ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Количество поглощенного при 50°С и затем выделенного при 150°С CO2 составляет около 16 ммоль/г, что существенно превосходит аналогичное значение для моноэтаноламина (5-6 ммоль/г).
Пример 2
1 г воздушно-сухого адсорбента MOF-5, [Zn4O(BDC)2], где BDC - бензолдикарбоновая кислота, пропитывают раствором олигомера полиэтиленамина -(СН2-СН(NH2))n - типа РЕРА (n=5-10). Количество адсорбированного олигомера составляет 1 г/г. Далее образец насыщают CO2 при 50°С, продувают Не и взвешивают. Количество поглощенного CO2 определяют также методом термодесорбции при 150°С (10 град/мин, скорость Не - 40 мл/мин) с улавливанием CO2 в ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Количество поглощенного при 50°С и затем выделенного при 150°С СО2 составляет около 23 ммоль/г, что существенно превосходит аналогичное значение для моноэтаноламина (5-6 ммоль/г).
Пример 3
1 г воздушно-сухого адсорбента MOF-5, [Со4(ВFС)2], где BFD- бифенилдикарбоновой кислоты, пропитывают раствором олигомера полиэтиленамина -(СН2-СН(NH2))n - типа РЕРА (n=5-10). Количество адсорбированного олигомера составляет 1 г/г. Далее образец насыщают СО2 при 50°С, продувают Не и взвешивают. Количество поглощенного СО2 определяют также методом термодесорбции при 150°С (10 град/мин, скорость Не - 40 мл/мин) с улавливанием CO2 в ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Количество поглощенного при 50°С и затем выделенного при 150°С CO2 составляет около 23 ммоль/г, что существенно превосходит аналогичное значение для моноэтаноламина (5-6 ммоль/г).
Адсорбент на основе олигомера, инкапсулированного в поры носителя типа MOF-5, не летуч, не обладает неприятным запахом и может использоваться не только в производственных, но и в бытовых помещениях.
Claims (1)
- Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения СО2, состоящий из носителя, с нанесенными на него олигомерами, содержащими аминогруппы, отличающийся тем, что в поры носителя - металлорганической каркасной структуры типа MOF-5, где в качестве линкеров - остатки бензолполикарбоновых или бифенилкарбоновой кислот, а в узлах решетки кластеры в виде неорганических оксометаллатных многогранников, содержащих ионы цинка, меди, или кобальта, инкапсулированны олигомеры, содержащие полиэтиленамины -CH2-CH(NH2)n - типа РЕРА, где значение n находится в пределах от 5 до 10.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139935/05A RU2420352C1 (ru) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения co2 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139935/05A RU2420352C1 (ru) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения co2 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009139143 Substitution | 2009-10-23 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2420352C1 true RU2420352C1 (ru) | 2011-06-10 |
Family
ID=44736611
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009139935/05A RU2420352C1 (ru) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения co2 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2420352C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104689801A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-06-10 | 郑州轻工业学院 | MWCNTs@PAA@MOF-5复合材料及制备方法 |
RU2576634C1 (ru) * | 2014-12-12 | 2016-03-10 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. Н.Д. ЗЕЛИНСКОГО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИОХ РАН) | Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода |
RU2611519C2 (ru) * | 2011-10-06 | 2017-02-27 | Басф Корпорейшн | Способ нанесения поглощающего покрытия на субстрат, основу и/или субстрат, покрытый основой |
CN115304780A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-11-08 | 上海师范大学 | 金属-有机多孔框架(MOFs)材料的制备方法及性能检测 |
-
2009
- 2009-10-29 RU RU2009139935/05A patent/RU2420352C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2611519C2 (ru) * | 2011-10-06 | 2017-02-27 | Басф Корпорейшн | Способ нанесения поглощающего покрытия на субстрат, основу и/или субстрат, покрытый основой |
RU2576634C1 (ru) * | 2014-12-12 | 2016-03-10 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. Н.Д. ЗЕЛИНСКОГО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИОХ РАН) | Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода |
CN104689801A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-06-10 | 郑州轻工业学院 | MWCNTs@PAA@MOF-5复合材料及制备方法 |
CN115304780A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-11-08 | 上海师范大学 | 金属-有机多孔框架(MOFs)材料的制备方法及性能检测 |
CN115304780B (zh) * | 2022-08-04 | 2023-06-13 | 上海师范大学 | 金属-有机多孔框架(MOFs)材料的制备方法及性能检测 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sabouni et al. | Carbon dioxide capturing technologies: a review focusing on metal organic framework materials (MOFs) | |
Zhao et al. | A NbO-type metal–organic framework derived from a polyyne-coupled di-isophthalate linker formed in situ | |
Adil et al. | Valuing metal–organic frameworks for postcombustion carbon capture: a benchmark study for evaluating physical adsorbents | |
US10137430B2 (en) | Alkylamine functionalized metal-organic frameworks for composite gas separations | |
Piscopo et al. | Strategies to Enhance Carbon Dioxide Capture in Metal‐Organic Frameworks | |
Augustus et al. | Metal-organic frameworks as novel adsorbents: A preview | |
Liu et al. | Recent advances in carbon dioxide capture with metal‐organic frameworks | |
CA2785323C (en) | Co2 sorbent | |
US20100069234A1 (en) | Gas adsorption on metal-organic frameworks | |
RU2420352C1 (ru) | Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения co2 | |
WO2009055654A1 (en) | A metal oxide system for adsorbent applications | |
Bose et al. | Challenges and opportunities: Metal–organic frameworks for direct air capture | |
Dong et al. | Metal‐organic frameworks for greenhouse gas applications | |
Gao et al. | Adsorptive separation performance of 1-butanol onto typical hydrophobic zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) | |
Xiao et al. | Water-stable metal–organic frameworks (MOFs): rational construction and carbon dioxide capture | |
KR101823622B1 (ko) | 수분안정성이 개선된 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법 | |
JP2024526059A (ja) | 煙道ガスから二酸化炭素を選択的に吸着するための単純金属-有機構造体 | |
Ge et al. | CO2 capture and separation of metal–organic frameworks | |
RU2576634C1 (ru) | Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода | |
Pan et al. | Emerging porous materials for carbon dioxide adsorptive capture: progress and challenges | |
KR20230019445A (ko) | 연료 전지에 사용되는 수소를 정화하는 방법 | |
Riaz et al. | Investigation of Adsorption and Desorption Characteristics of Metal-Organic Frameworks for The Development of Desalination Systems | |
CN115894960B (zh) | 一种锌基金属有机框架材料Zn-DPT-PTOBA及其制备方法与应用 | |
US20240299902A1 (en) | Crystaline sorbent materials for water capture and release | |
RU2406558C1 (ru) | Адсорбент для удаления углеводородов из выхлопных газов автомобиля |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171030 |