المنخل الجزيئي الزيوليت

المنخل الجزيئي الزيوليت

الزيوليت عبارة عن سيليكات ألومنيوم مكونة من رباعي الأسطح AlO4 ليحل محل رباعي الأسطح SiO4، مما يؤدي إلى شحنة سالبة تتم موازنتها بواسطة الكاتيونات القابلة للتبديل الموجودة في المسام والتجاويف في جميع أنحاء الهيكل. بشكل عام، يعتمد احتجاز ثاني أكسيد الكربون بواسطة الزيوليت على عوامل مثل بنية وتكوين إطار الزيوليت، والكاتيونات، والمجموعات الوظيفية. من بين المواد المسامية لفصل ثاني أكسيد الكربون، اكتسب الزيوليت شعبية في تكنولوجيا الامتزاز بسبب مزاياه مثل التوافر الجيد، والتكلفة المنخفضة، وارتفاع معدل التقاط ثاني أكسيد الكربون، والحركية السريعة، والاستقرار الكيميائي والحراري الجيد.

مجموعة واسعة من التطبيقات. يعتبر ضبط هيكل الإطار والكاتيونات والتعديل الكيميائي ومركب المواد من الطرق الفعالة لامتصاص ثاني أكسيد الكربون وأداء الامتزاز للزيوليت العالي. تستخدم المحاكاة الجزيئية لمحاكاة 13X
تبادل الكاتيون مع محتويات مختلفة من Li+ وK+ وCa2+ في الزيوليت. تم تقييم أداء الامتزاز لمختلف الزيوليتات التبادلية الكاتيونية لثاني أكسيد الكربون من جوانب حجم المسام، وتساوي حرارة الامتزاز، وحرارة الامتزاز وانتقائية ثاني أكسيد الكربون/النيتروجين. لقد وجد أن جزيء ثاني أكسيد الكربون لديه عزم رباعي. ، والتي يمكن استخدامها مع الزيوليتات الكاتيونية الأصغر مثل Li +، فإن نسبة السيليكون إلى الألومنيوم لها أيضًا تأثير كبير على انتقائية امتصاص ثاني أكسيد الكربون. كاليخا وآخرون. استكشف تأثير نسبة Si / Al على قطبية الزيوليت وامتصاص ثاني أكسيد الكربون عن طريق ضبط نسبة الزيوليت Si / Al. لقد وجد أنه مع انخفاض نسبة Si/Al، تزداد انتقائية المادة المازة لثاني أكسيد الكربون.

تم تحضير مادة زيوليت خالية من المواد الرابطة ذات هيكل هرمي باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي أظهرت ثباتًا ميكانيكيًا ممتازًا وقدرة امتصاص لثاني أكسيد الكربون تبلغ 245.52 ملجم/جم في ظل ظروف درجة الحرارة والضغط العادية. تم تحضير نوع من مادة الزيوليت عند 25 درجة مئوية. يمتلك زيوليت RHO المشوب بالنحاس قدرة ثاني أكسيد الكربون تبلغ 3.2 مليمول / جم عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، مما يجعله تقنية محتملة لامتصاص الكربون لامتصاص الضغط المتأرجح. يعمل التعديل الكيميائي على تحسين انتقائية امتزاز الزيوليت لثاني أكسيد الكربون بشكل فعال. يتم تثبيت المونوإيثانولامين (MEA) والإيثيلينديامين (ED) كيميائيًا في إطار الزيوليت من خلال الروابط الأيونية للتغلب على مشكلة تحلل الأمينات. تتميز العينة المحضرة amine@HY بانتقائية ممتازة لامتصاص ثاني أكسيد الكربون، ولها ثبات حراري ممتاز للدورة في ظل ظروف درجة حرارة امتزاز تبلغ 90 درجة ودرجة حرارة امتزاز تبلغ 150 درجة. تم تحميل الأمينات مثل أحادي إيثانول أمين، ورباعي إيثيل بنت بوتيل أمين، والمورفولين على الزيوليت NaY. أظهرت نتائج البحث أنه عند الضغط الطبيعي ودرجة حرارة 323 كلفن، فإن التفاعل بين المجموعات الأمينية على سطح زيوليت NaY وثاني أكسيد الكربون هو الآلية الرئيسية لامتصاصه. بالمقارنة مع الكربون المنشط، يتمتع الزيوليت بقدرة أفضل على الالتقاط وانتقائية أعلى لثاني أكسيد الكربون/النيتروجين في غاز المداخن مع ضغط جزئي منخفض لثاني أكسيد الكربون (15% ثاني أكسيد الكربون، 85% نتروجين). ومع ذلك، هناك أيضًا مشكلة الانخفاض الكبير في قدرة الامتصاص في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة، وتكون قدرة امتصاص ثاني أكسيد الكربون ضئيلة للغاية فوق 200 درجة. تظل المقايضة بين قدرة الامتزاز وحركية الامتزاز والاستقرار الميكانيكي للزيوليت تحديًا كبيرًا في تطبيقاتها الصناعية. تم إجراء اختبارات تشغيل Z Pilot على وحدة VPSA أحادية المرحلة المملوءة بالزيوليت 5A والزيوليت 13X. لالتقاط غاز المداخن المجفف بتركيز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 15.0%، يمكن أن يصل الزيوليت 5A إلى تركيز تخصيب من 71% إلى 81%، ومعدل الاسترداد هو 86% إلى 91%؛ على الرغم من أن الزيوليت 13X يتمتع بقدرة أفضل على امتصاص ثاني أكسيد الكربون، إلا أنه أظهر أداءً مشابهًا للزيوليت 5A في اختبارات التشغيل التجريبية، مع تركيز تخصيب من 73% إلى 82% ومعدل استرداد من 85% إلى 95%. السبب الرئيسي هو أن القطبية الأقوى 13X تجعل الامتزاز أكثر تكلفة. لذلك، عند التطبيق، يجب أن يعتمد اختيار الزيوليت على ظروف غاز التغذية الفعلية والخصائص الحركية للامتزاز والامتزاز للزيوليت.