Synthesis and characterization of new materials for CO2 capture and utilization
Synthèse et caractérisation de nouveaux matériaux pour la capture et l'utilisation du CO2
Résumé
The use of technologies that involve the CO2 capture, storage and utilization, is pointed out as fundamental to reduce the concentrations of CO2 in the atmosphere. However, some challenges still need to be overcome for the efficient use of these technologies, such as the development of new materials that involve low production cost and energy expenditure, are recyclable and efficient in the CO2 capture/separation step as well as heterogeneous catalysts in the chemical transformation of CO2. Ionic liquids (ILs) are considered interesting materials in both applications. However, its high viscosity results in low rates of CO2 adsorption. When ILs are used as catalysts, they are homogenized with the reaction product, making it difficult to separate the catalyst and obtain the pure product, increasing the energy expenditure of this step. One solution to both problems is the use of the supported ILs. In this context, the present work brings the synthesis and characterization of silica xerogels and synthetic silica-metallic mineral particles (SSMMP), pristine and grafted with ILs. These new materials were tested as adsorbents in the CO2 capture and separation and as heterogeneous catalysts in the reactions of CO2 conversion into cyclic carbonates. The synthesized materials were characterized by XRD, TGA, FTIR, RAMAN, BET, SEM and NMR. The selectivity of solid sorbents and the selectivity of the cycloaddition reactions were analyzed by GC. SSMMP-M1 and SSMMP-Ni50%-AMO Br presented higher CO2 sorption capacity and SSMMP-5%Im(nBu)-I and SSMMP-Ni 50%-IMI Br the best selectivity capacity for CO2. As heterogeneous catalysts, the best cyclic carbonate yields were observed for samples SX-EMIM MSO3 4 and SSMMP-Ni 50%. For both applications, the samples have excellent recyclability.
L'utilisation de technologies qui impliquent le captage, le stockage et l'utilisation du CO2, est considérée comme fondamentale pour réduire les concentrations de CO2 dans l'atmosphère. Cependant, certains défis doivent encore être surmontés pour l'utilisation efficace de ces technologies, tels que le développement de nouveaux matériaux à faible coût de production et de dépense énergétique, sont recyclables et efficaces dans l'étape de capture/séparation du CO2 ainsi que des catalyseurs hétérogènes dans la transformation chimique du CO2. Les liquides ioniques (LI) sont considérés comme des matériaux intéressants dans les deux applications. Cependant, sa forte viscosité entraîne de faibles taux d'adsorption du CO2. Lorsque les LI sont utilisées comme catalyseurs, elles sont homogénéisées avec le produit de réaction, ce qui rend difficile la séparation du catalyseur et l'obtention du produit pur, augmentant la dépense énergétique de cette étape. Une solution aux deux problèmes est l'utilisation des LI prises en charge. Dans ce contexte, le présent travail apporte la synthèse et la caractérisation des xerogels de silice et des particules minérales synthétiques silico-métalliques (SSMMP), vierges et greffées avec des LI. Ces nouveaux matériaux ont été testés comme adsorbants dans la capture et la séparation du CO2 et comme catalyseurs hétérogènes dans les réactions de conversion du CO2 en carbonates cycliques. Les matériaux synthétisés étaient caractérisés par XRD, TGA, FTIR, RAMAN, BET, SEM et NMR. La sélectivité des sorbants solides et la sélectivité des réactions de cycloaddition ont été analysées par GC. SSMMP-M1 et SSMMP-Ni50%-AMO Br ont présenté une capacité de sorption de CO2 plus élevée et SSMMP-5% Im(nBu)-I et SSMMP-Ni 50%-IMI Br la meilleure capacité de sélectivité pour le CO2. En tant que catalyseurs hétérogènes, les meilleurs rendements cycliques de carbonate ont été observés pour les échantillons SX-EMIM MSO3 4 et SSMMP-Ni 50%. Pour les deux applications, les échantillons ont une excellente recyclabilité.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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