Melhorando a eficiência do 4A

Aug 05, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12533 ​​(2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este estudo tem como foco a otimização da capacidade de adsorção de CO2 da zeólita 4A sintetizada a partir do caulim, empregando modificações estruturais por impregnação com tetraetilenopentamina (TEPA) e dietanolamina (DEA). Várias técnicas analíticas foram utilizadas para avaliar a eficácia dessas modificações. Software especializado em design e metodologia de superfície de resposta (RSM) foram empregados para análise de dados e otimização de variáveis ​​operacionais, levando a um melhor desempenho de adsorção de CO2 das zeólitas modificadas. A capacidade de adsorção das zeólitas modificadas foi avaliada sob diferentes temperaturas, pressões e concentrações de aminas utilizando um dispositivo de teste. A capacidade de adsorção ideal do adsorvente 4A-DEA é de 579,468 mg/g, com as variáveis ​​operacionais ideais incluindo uma temperatura de 25,270 °C, pressão de 8,870 bar e concentração de amina de 11,112% em peso. A análise mostra que o processo de adsorção envolve tanto fisissorção quanto quimissorção, e o melhor modelo cinético é o modelo de fator fracionário.

O aumento dos níveis de CO2 na atmosfera é uma preocupação crítica para as alterações climáticas globais e os riscos ambientais. Em 2100, poderá aumentar para 26 mil milhões de toneladas por ano. Esta previsão enfatizou, consequentemente, a importância de priorizar a captura e adsorção de CO2 do ponto de vista ambiental1. A libertação contínua de CO2 na atmosfera resultou em mudanças de longo prazo no clima global, incluindo o aumento das temperaturas, do nível do mar e ocorrências mais frequentes de fenómenos meteorológicos extremos. Surgiram quatro métodos principais para separação de CO2: tecnologias de absorção, adsorção, criogênica e de membrana2,3. A escolha da técnica de captura de CO2 adequada depende de vários fatores, abrangendo a origem do CO2, a magnitude do processo de captura, o nível de pureza desejado para o CO2 capturado e a aplicação prevista do CO24 capturado. Atualmente, a absorção e a adsorção representam os métodos predominantes empregados para a captura de CO2, enquanto as tecnologias criogênicas e de membrana ainda estão em seus estágios iniciais de desenvolvimento5. Os investigadores estão ativamente empenhados na investigação de diversas metodologias para adsorver CO2 como forma de mitigar as suas emissões6. Materiais porosos como zeólita7, sílica8, MOF9, carbono10 e polímero11 têm sido usados ​​para adsorver CO2, cada um com suas vantagens e desvantagens.

A zeólita é um material com estrutura cristalina que pode ser natural ou sintetizada12. Contém minerais de aluminossilicato e exibe uma estrutura tridimensional distinta com poros e canais bem organizados. As zeólitas possuem estruturas cristalinas com uma estrutura rígida que inclui poros e canais formados como TO4, onde T pode ser sílica e alumínio. Os átomos de alumínio atraem os oxigênios e produzem um excelente local para transferência de cátions13. O cátion na estrutura das zeólitas desempenha um papel crucial na captura de CO2 porque pode atrair CO2 para a zeólita6. As zeólitas são adsorventes de CO2 promissores, com alta área superficial, tamanho de poro adequado e excelente estabilidade térmica e química . Vários tipos de zeólitas foram submetidos a investigação minuciosa para avaliar seu potencial na adsorção do gás CO2 gerado em processos industriais. Zeólita 4A15, zeólita 13X16, ZK-517, ZSM-518, β-zeólita19 e Na-X20 estão entre os tipos de zeólita que demonstraram potencial em aplicações relacionadas à captura de CO2. Essas zeólitas possuem estruturas de poros distintas, áreas superficiais substanciais e excelente estabilidade térmica, tornando-as opções altamente desejáveis ​​para adsorção de CO2. Zeolite 13X demonstrou seletividade excepcional para CO221. O ZK-5 possui uma estrutura distinta em forma de gaiola que pode ser modificada para melhorar suas propriedades de adsorção de CO222. Da mesma forma, ZSM-523 e β-zeólita24 exibiram capacidade significativa de adsorção de CO2 nos estudos. Além disso, o Na-X mostrou boas propriedades de estabilidade e regeneração25. O Zeólito 4A é caracterizado por uma concentração substancial de locais de adsorção atribuíveis à presença de átomos de alumínio em sua estrutura. Esses locais exibem uma afinidade robusta com as moléculas de CO2, facilitando a captura e retenção eficazes do gás.