uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Point source carbon capture by porous inorganic carbonates
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Technology, Department of Engineering Sciences, Nanotechnology and Functional Materials.
2018 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Kolavskiljning från punktkälla med porösa oorganiska karbonater (Swedish)
Abstract [en]

Mesoporous inorganic carbonates (MIC) was synthesized and tested as adsorbents for

CO2, using vacuum and temperature swing adsorption. Mesoporous magnesium

carbonate (MMC), mesoporous calcium carbonate (MCC) and mesoporous calcium

magnesium carbonate (MCMC), all included in MIC, are exceedingly porous with an

amorphous structure. MMC was first reported in 2013, where it was synthesized in a

methanol and MgO mixture under CO2 pressure. In this work, the synthesis of MCC and

MCMC was developed from the synthesis of MMC. Further effects on the CO2 adsorption

characteristics of the MIC materials with several additives (Al(NO3)3, Al2O3, K2CO3 and

KNO3) introduced into the porous structures were also investigated.

The  MCC  materials CO2 adsorption capacity (14.96 mmol g-1) was drastically lowered

(7.29 mmol g-1) by severe sintering after continuous cycles when heat was used for

sorbent regeneration. The combined structure of MCMC improved the stability,

mitigating the sintering for high temperature adsorption/desorption (650 °C, 850 °C). The

addition of Al(NO3)3 improved the stability further, with an optimum additive amount of

35 wt.%, giving a high initial CO2 uptake (12.23 mmol g-1) and maintaining a high CO2

uptake after 23 cycles (10.96 mmol g-1).

The pure gas CO2 uptake of MMC was around 1.52 mmol g-1 at 101 kPa (0 °C) using

vacuum swing adsorption. The N2 uptake under the same conditions was less than 0.10

mmol g-1. All of the additives tested increased the CO2 uptake of MIC under these

conditions, with the most promising additives being low weight percentages of potassium

carbonate (5-10 wt.%) added to MMC for low temperature adsorption (0 °C). The

incorporation of 5 wt.% K2CO3 increased the CO2 uptake of MMC up to 3.24 mmol g-1,

suggesting that the required energy for adsorption on this sample, due to the sorbent

surpassing 3 mmol g-1 CO2 capacity, could be less than for conventional chemical

absorbents.

Vacuum swing cyclic CO2 adsorption/desorption showed a decrease in CO2 uptake on

MMC with 5 wt.% K2CO3 after each cycle. Heat regeneration (150 °C, for 30 minutes)

could recover most of the lost CO2 capacity each cycle. Heat indicatively improved the

cyclic performance of this adsorbent without damaging the nanoporous structure. MMC

with 5 wt.% K2CO3 was the best performing adsorbent when vacuum was used for sorbent

regeneration and can potentially be further developed into a good CO2 adsorbent for

temperature swing adsorption (TSA) processes.

Abstract [sv]

Porösa oorganiska karbonater (MIC) syntetiserades och testades som adsorbenter för

CO2, med vakuum- och temperaturskiftesadsorption. Mesoporöst magnesiumkarbonat

(MMC), mesoporöst kalciumkarbonat (MCC) och mesoporöst kalciummagnesiumkarbonat

(MCMC), som alla ingår i MIC, är mycket porösa med en amorf

struktur. MMC rapporterades som tidigast 2013, där det syntetiserades i en metanol- och

MgO-blandning under koldioxidtryck. Syntesen av MCC och MCMC utvecklades från

syntesen av MMC. Effekterna på adsorptionsegenskaperna för CO2 på MIC-materialen

undersöktes ytterligare med flera tillsatser (Al(NO3)3, Al2O3, K2CO3 och KNO3) som

tillfördes de porösa strukturerna.

MCC-materialets adsorptionskapacitet för CO2 (14,96 mmol g-1) sänktes drastiskt till

7,29 mmol g-1 på grund av intensiv vittring under kontinuerliga cykler när värme

användes för återvinning av sorbenten. Den kombinerade strukturen hos MCMC

förbättrade stabiliteten och lindrade vittringen för adsorption/desorption vid hög

temperatur (650 ° C, 850 ° C). Tillsatsen av Al(NO3)3 förbättrade stabiliteten ytterligare,

med en optimal tillsats av 35 vikt%. Då gavs ett högt initialupptag av CO2 (12,23 mmol

g-1) och det upprätthölls ett högt upptag efter 23 cykler (10,96 mmol g-1).

Det rena gasupptaget av CO2 på MMC var omkring 1,52 mmol g-1 vid 101 kPa (0 °C)

med vakuumskiftesadsorption. Kväveupptaget under samma förhållanden var mindre än

0,10 mmol g-1. Alla tillsatser hade en ökande effekt på upptaget av CO2 på MIC under

dessa förhållanden, varvid de mest lovande tillsatserna var låga viktprocenter av K2CO3

(5–10 vikt%) tillförda MMC för adsorption vid låg temperatur (0 ° C). Tillförandet av 5

vikt% K2CO3 ökade upptaget på MMC till 3,24 mmol g-1 CO2, vilket kan antyda att

energin som krävs för adsorption på detta prov är mindre än för konventionella kemiska

absorbenter.

Vakuumskiftning för cyklisk adsorption/desorption av CO2 visade en minskning i

upptag på MMC tillfört 5 vikt% K2CO3 efter varje cykel. En applicering av värme för

sorbentåtervinning (150 ° C, i 30 minuter) kunde återfå majoriteten av den förlorade

kapaciteten efter varje cykel. Värme förbättrade signifikant den cykliska prestandan hos

denna adsorbent, utan att skada dess nanoporösa struktur. MMC tillfört 5 vikt% K2CO3

var den bästa adsorbenten när vakuum användes för sorbentåtervinning och kan

potentiellt vidareutvecklas till en effektiv adsorbent för processer med temperaturskifte

(TSA).

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 35
Series
UPTEC W, ISSN 1401-5765 ; 18 006
Keywords [en]
Carbon capture, Gas separation, Adsorbent, Inorganic carbonates, Point source, Carbon dioxide
Keywords [sv]
Kolavskiljning, Adsorbenter, Oorganiska karbonater, Punktkälla, Koldioxid
National Category
Nano Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-359604OAI: oai:DiVA.org:uu-359604DiVA, id: diva2:1245087
Educational program
Master Programme in Environmental and Water Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2018-09-07 Created: 2018-09-04 Last updated: 2018-09-07Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(17554 kB)7 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 17554 kBChecksum SHA-512
040a88061d1e9e6980b15ece7c360b1fb34a14957225f091950b8510b3a2511dcff9f2c0af2eb3a4aa4ac43e5008546ca260ded44c437976609a957f19581f75
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Nanotechnology and Functional Materials
Nano Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 7 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 45 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf