[go: up one dir, main page]

RU2420352C1 - Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения co2 - Google Patents

Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения co2 Download PDF

Info

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
Application number
RU2009139935/05A
Other languages
English (en)
Inventor
Вера Ильинична Исаева (RU)
Вера Ильинична Исаева
Виктор Игнатьевич Богдан (RU)
Виктор Игнатьевич Богдан
Наталья Николаевна Кустова (RU)
Наталья Николаевна Кустова
Леонид Модестович Кустов (RU)
Леонид Модестович Кустов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЭНВАЙРОКЕТ"
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 Общество с ограниченной ответственностью "ЭНВАЙРОКЕТ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЭНВАЙРОКЕТ"
Priority to RU2009139935/05A priority Critical patent/RU2420352C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2420352C1 publication Critical patent/RU2420352C1/ru

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture 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)

  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.
RU2009139935/05A 2009-10-29 2009-10-29 Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения co2 RU2420352C1 (ru)

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 (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
RU2842993C1 (ru) * 2024-09-11 2025-07-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет"(Новосибирский государственный университет, НГУ) Способ извлечения диоксида углерода из газовых смесей

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU995853A1 (ru) * 1981-03-11 1983-02-15 Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.С.М.Кирова Способ получени сорбента
US6491740B1 (en) * 1999-07-22 2002-12-10 The Boc Group, Inc. Metallo-organic polymers for gas separation and purification
US20030148165A1 (en) * 2002-02-01 2003-08-07 Ulrich Muller Method of storing, uptaking, releasing of gases by novel framework materials
US20030222023A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-04 Basf Aktiengesellschaft Shaped bodies containing metal-organic frameworks
US6930193B2 (en) * 2001-04-30 2005-08-16 The Regents Of The University Of Michigan Isoreticular metal-organic frameworks, process for forming the same, and systematic design of pore size and functionality therein, with application for gas storage

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU995853A1 (ru) * 1981-03-11 1983-02-15 Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.С.М.Кирова Способ получени сорбента
US6491740B1 (en) * 1999-07-22 2002-12-10 The Boc Group, Inc. Metallo-organic polymers for gas separation and purification
US6930193B2 (en) * 2001-04-30 2005-08-16 The Regents Of The University Of Michigan Isoreticular metal-organic frameworks, process for forming the same, and systematic design of pore size and functionality therein, with application for gas storage
US7196210B2 (en) * 2001-04-30 2007-03-27 The Regents Of The University Of Michigan Isoreticular metal-organic frameworks, process for forming the same, and systematic design of pore size and functionality therein, with application for gas storage
US20030148165A1 (en) * 2002-02-01 2003-08-07 Ulrich Muller Method of storing, uptaking, releasing of gases by novel framework materials
US20030222023A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-04 Basf Aktiengesellschaft Shaped bodies containing metal-organic frameworks

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
RU2842993C1 (ru) * 2024-09-11 2025-07-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет"(Новосибирский государственный университет, НГУ) Способ извлечения диоксида углерода из газовых смесей
RU2842992C1 (ru) * 2024-09-11 2025-07-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Низкотемпературный регенерируемый поглотитель диоксида углерода и способ его приготовления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bose et al. Challenges and opportunities: Metal–organic frameworks for direct air capture
Xiao et al. Water-stable metal–organic frameworks (MOFs): rational construction and carbon dioxide capture
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
Augustus et al. Metal-organic frameworks as novel adsorbents: A preview
Younas et al. Feasibility of CO2 adsorption by solid adsorbents: a review on low-temperature systems
Vikrant et al. Metal–organic frameworks (MOFs): potential and challenges for capture and abatement of ammonia
Bae et al. Enhancement of CO 2/N 2 selectivity in a metal-organic framework by cavity modification
Vaidhyanathan et al. An amine-functionalized metal organic framework for preferential CO2 adsorption at low pressures
US20180169613A1 (en) Alkylamine functionalized metal-organic frameworks for composite gas separations
CN101816924A (zh) 用于co2吸附与分离的金属有机骨架材料及其制备方法
CN114849653A (zh) 高效捕集二氧化碳的胺改性多孔分子筛及制备方法和应用
WO2009055654A1 (en) A metal oxide system for adsorbent applications
CN113881058A (zh) 用于氢储存的具有混合配体的基于锌的金属有机骨架(zit)
RU2420352C1 (ru) Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения co2
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
CA2785323A1 (en) Co2 sorbent
KR101823622B1 (ko) 수분안정성이 개선된 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법
Ge et al. CO2 capture and separation of metal–organic frameworks
TWI892021B (zh) 自含有氨的氣體或含有氨的液體中回收氨的方法、回收氨的裝置及儲存氨氣體的裝置
KR20230019445A (ko) 연료 전지에 사용되는 수소를 정화하는 방법
CN110270314B (zh) 一种有效分离烟道气中CO2的萘酰亚胺基Zn-MOF的制备方法
JPWO2018179089A1 (ja) 吸着剤、反応容器、二酸化炭素除去装置及び二酸化炭素除去システム
RU2576634C1 (ru) Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода
Kaur et al. Review on functionalized metal–organic framework as potential candidate for carbon control technologies for climate change: current status and future prospective

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171030