4Aの効率向上

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12533 (2023) この記事を引用

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この研究は、テトラエチレンペンタミン (TEPA) とジエタノールアミン (DEA) の含浸による構造修飾を採用することにより、カオリンから合成された 4A ゼオライトの CO2 吸着能力を最適化することに焦点を当てています。 これらの変更の有効性を評価するために、さまざまな分析手法が利用されました。 設計エキスパート ソフトウェアと応答曲面法 (RSM) をデータ分析と操作変数の最適化に採用し、改質ゼオライトの CO2 吸着性能の向上につながりました。 修飾ゼオライトの吸着能力は、試験装置を使用して、さまざまな温度、圧力、アミン濃度下で評価されました。 4A-DEA 吸着剤の最適吸着容量は、温度 25.270 °C、圧力 8.870 bar、アミン濃度 11.112 wt% などの最適操作変数を使用して、579.468 mg/g であることがわかります。 分析の結果、吸着プロセスには物理吸着と化学吸着の両方が含まれており、最適な速度論モデルは分数因子モデルであることがわかりました。

大気中の CO2 レベルの上昇は、地球規模の気候変動と環境リスクに対する重大な懸念事項です。 2100年までに年間260億トンに増加する可能性がある。 したがって、この予測では、環境の観点から CO2 の回収と吸収を優先する重要性が強調されています1。 大気中への CO2 の継続的な放出は、気温、海面の上昇、異常気象の多発など、地球の気候に長期的な変化をもたらしています。 CO2 分離には、吸収、吸着、極低温、膜技術という 4 つの主要な方法が登場しています2,3。 適切な CO2 回収技術の選択は、CO2 の起源、回収プロセスの規模、回収された CO2 の望ましい純度レベル、回収された CO24 の想定される用途など、いくつかの要因に依存します。 現在、CO2 回収に使用される一般的な方法は吸収と吸着ですが、極低温技術と膜技術はまだ開発の初期段階にあります5。 研究者たちは、CO2 排出量を軽減する手段として CO2 を吸着するためのさまざまな方法論の研究に積極的に取り組んでいます6。 CO2 の吸着にはゼオライト 7、シリカ 8、MOF9、カーボン 10、ポリマー 11 などの多孔質材料が使用されていますが、それぞれに長所と短所があります。

ゼオライトは、天然または合成できる結晶構造を持つ材料です12。 アルミノケイ酸塩鉱物を含み、よく組織化された細孔とチャネルを備えた独特の三次元骨格を示します。 ゼオライトは、TO4 (T はシリカとアルミニウム) として形成された細孔とチャネルを含む堅固な骨格を持つ結晶構造を持っています。 アルミニウム原子は酸素を引き付け、陽イオンの移動に最適な場所を作り出します13。 ゼオライト構造内のカチオンは、CO2 をゼオライト内に引き付けることができるため、CO2 の捕捉において重要な役割を果たします6。 ゼオライトは、高い表面積、適切な細孔サイズ、優れた熱的および化学的安定性を備えた有望な CO2 吸着剤です14。 工業プロセスから発生する CO2 ガスの吸着能力を評価するために、複数の種類のゼオライトについて徹底的な調査が行われています。 ゼオライト 4A15、ゼオライト 13X16、ZK-517、ZSM-518、β-ゼオライト 19、および Na-X20 は、CO2 回収に関連する用途での可能性が実証されているゼオライト タイプの 1 つです。 これらのゼオライトは独特の細孔構造、大きな表面積、優れた熱安定性を備えており、CO2 吸着にとって非常に望ましい選択肢となっています。 ゼオライト 13X は、CO221 に対して優れた選択性を示しています。 ZK-5 は、CO222 の吸着特性を向上させるために変更できる独特のかご状構造を備えています。 同様に、ZSM-523 と β-ゼオライト 24 は、研究において顕著な CO2 吸着能力を示しました。 さらに、Na-X は良好な安定性と再生特性を示しています 25。 ゼオライト 4A は、その骨格内にアルミニウム原子が存在することに起因するかなりの濃度の吸着サイトを特徴としています。 これらの部位は CO2 分子に対して強力な親和性を示し、ガスの効果的な捕捉と保持を促進します。