BIBLIOTECA

Captura direta de CO2 por ar usando um sistema de separação de fases de amina líquida-ácido carbâmico sólido e diaminas com um grupo aminociclohexil

Resumo

Captura direta de CO2 – A separação de fases entre uma amina líquida e o ácido carbâmico sólido exibiu >99% de eficiência de remoção de CO2 sob um sistema de fluxo de CO2 de 400 ppm, usando diaminas contendo um grupo aminociclohexil. Entre eles, a isoforona diamina (IPDA; 3-(aminometil)-3,5,5-trimetilciclohexilamina) exibiu a maior eficiência de remoção de CO2. IPDA reagiu com CO2 em uma razão molar CO2 /IPDA de ≥1 mesmo em H2O como solvente. O CO2 capturado foi completamente dessorvido a 333 K, porque o íon carbamato dissolvido libera CO2 em baixas temperaturas. A reutilização do IPDA sob CO2 ciclos de adsorção e dessorção sem degradação, a eficiência >99% mantida por 100 h, sob condições de captura direta de ar e a alta taxa de captura de CO 2 (201 mmol/h para 1 mol de amina) sugerem que o sistema de separação de fases usando IPDA é robusto e durável para uso prático.

Introdução

A redução da concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera está se tornando essencial para a construção de uma sociedade sustentável, pois o aumento da concentração atmosférica de CO2 está intimamente ligado ao aquecimento global e às mudanças climáticas. A redução dos níveis atmosféricos de CO2 exigirá um esforço conjunto para limitar as suas emissões futuras e implementar estratégias para diminuir a concentração atmosférica de CO2 existente.

O armazenamento artificial de CO2 por injeção direta em estratos subterrâneos ou nos oceanos está relativamente bem estabelecido e atingiu operação em nível de planta; no entanto, essas técnicas de captura e armazenamento de carbono envolvem o risco de vazamento subsequente.

Por outro lado, espera-se que a utilização de CO2 como um produto de valor agregado por captura e armazenamento de carbono (CCS) forneça uma estratégia potencial para manter as emissões líquidas de CO2 em zero. No entanto, a tecnologia CCS existente requer mais desenvolvimento para melhorar a eficiência de absorção/dessorção de CO2 dos sorventes e para estabelecer métodos para a conversão subsequente do CO2 capturado.

Dentre as técnicas de CCS, o uso de sorventes para captura direta de CO 2 (<500 ppm) do ar, conhecido como captura direta de ar (DAC), é uma tecnologia promissora e desejada para operar sob fluxo de gás comprimido ambiente ou de baixa pressão.

O desafio nos sorventes para as técnicas de DAC é a alta eficiência de absorção do CO2 de baixa concentração porque as técnicas de CCS existentes têm eficiência de absorção insuficiente para remover perfeitamente o CO2 de baixa concentração .

Além disso, a temperatura de dessorção de CO2 do sorvente deve ser reduzida; atualmente, o sorvente mais bem estabelecido, 2-aminoetanol (monoetanolamina; MEA), requer uma temperatura de >393 K para uma dessorção de CO 2 eficiente.

Finalmente, a reutilização e durabilidade dos sorventes para uso em ciclos de captura e dessorção de CO2 são necessárias para reduzir a frequência de sua regeneração e/ou substituição. Um sorvente ideal deve ser facilmente separado e coletado do aparelho de absorção para posterior regeneração.

Para atender a essas demandas, vários sorventes sólidos à base de aminas e sistemas de absorção de CO2 que utilizam separação de fases foi desenvolvido. A capacidade dos sistemas homogêneos de fase líquida de absorver CO2 foi melhorada pela modificação das estruturas dos sorventes de amina. Hanusch et ai . descobriram que as diaminas à base de pirrolizidina mostraram uma captura de CO2 mais eficiente do que MEA convencional.

Embora estes sorventes sejam promissores para captura e dessorção de CO2 , são necessárias melhorias adicionais na sua taxa de absorção e uma absorção mais eficiente em baixas concentrações de CO2.

A separação de fase líquido-líquido de misturas amina-H2O com temperaturas de solução críticas mais baixas foi recentemente desenvolvida para reduzir os custos de regeneração do sorvente.

Após a absorção de CO2 , as fases orgânica e aquosa nestes sistemas de mudança de fase são imiscíveis, das quais as fases aquosas ricas em CO2 são adequadas para concentrar CO2 por aquecimento.

Tais sistemas alcançaram maiores capacidades de CO2 e custos mais baixos em comparação com os sistemas convencionais baseados em sorvente MEA. No entanto, os solventes usados ​​nos sistemas de mudança de fase são voláteis e corrosivos, limitando sua gama de condições de operação. Na verdade, os sistemas mencionados acima foram avaliados em sistemas estáticos sob CO2 ambiente ou de alta pressão. Para estabelecer um sistema eficiente sob um fluxo de CO2 de baixa concentração, novos conceitos de sorventes são necessários.

Autores: Soichi Kikkawa, Kazushi Amamoto, Yu Fujiki, Jun Hirayama, Gen Kato, Hiroki Miura, Tetsuya Shishido e Seiji Yamazoe.

Fonte: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenvironau.1c00065

 

leia-integra