The purpose of this study was to gain basic information on the characteristics of $CO_2$ adsorption in relation to $Na_2CO_3$, $K_2CO_3$, $Li_2CO_3$-impregnated activated carbon in a Fixed Bed Reactor. From the results of this study the following conclusions were made: $Na_2CO_3$, $K_2CO_3$, $Li_2CO_3$-impregnated activated carbon had a longer breakthrough time and more enhanced adsorption capacity than activated carbon alone. When tested with isothermal adsorption and tested for $CO_2$ adsorption the amount of $CO_2$ adsorbed varied with temperature, $CO_2$ inlet concentration, gas flow rate, aspect ratio, etc. Based on the results, when Langmuir, Freundlich and Dubinin-Polanyi adsorption isotherms were used for linear regression of isothermal adsorption data, Langmuir adsorption isotherm was the most suitable. And, the optimum condition for $Na_2CO_3$ and $K_2CO_3$ impregnated activated carbon make-up was 1N and $Li_2CO_3$ was 0.1N. It could be concluded that adsorption capacity was decreased with adsorption temperature and increased gas concentration. When the aspect ratio (L/D) was varied 0.5, 1.0 and 2.0, the significant drop of adsorption amount was observed below 1.0 and breakthrough time was shortened with gas flow rate.
$CO_2$ adsorption on mineral sorbents has a potential to sequester $CO_2$. This study used a density functional theory (DFT) study of $CO_2$ adsorption on barium oxide (BaO) in the presence of $H_2O$ to determine the role of $H_2O$ on the $CO_2$ adsorption properties on the ($2{\times}2$; $11.05\;{\AA}{\times}11.05\;{\AA}$) BaO (100) surface because BaO shows a high reactivity for $CO_2$ adsorption and the gas mixture of power plants generally contains $CO_2$ and $H_2O$. We investigated the adsorption properties (e.g., adsorption energies and geometries) of a single $CO_2$ molecule, a single $H_2O$ molecule on the surface to achieve molecular structures and molecular reaction mechanisms. In order to evaluate the coordinative effect of $H_2O$ molecules, this study also carried out the adsorption of a pair of $H_2O$ molecules, which was strongly bounded to neighboring (-1.91 eV) oxygen sites and distant sites (-1.86 eV), and two molecules ($CO_2$ and $H_2O$), which were also firmly bounded to neighboring sites (-2.32 eV) and distant sites (-2.23 eV). The quantum mechanical calculations show that $H_2O$ molecule does not influence on the chemisorption of $CO_2$ on the BaO surface, producing a stable carbonate due to the strong interaction between the $CO_2$ molecule and the BaO surface, resulting from the high charge transfer (-0.76 e).
The present study has evaluated the $CO_2$ adsorption amount of activated carbon pellets (AC). Coconut shell based test AC were modified with surface impregnation of glycine, glycine metal salts and monoethanolamine for low level $CO_2$ (3000 ppm) adsorption. Physical and chemical properties of prepared adsorbents were analyzed and the adsorbed amount of $CO_2$ was investigated by using pure and 3,000 ppm $CO_2$ levels. The impregnation of nitrogen functionalities was verified by XPS analysis. The adsorption capacity for pure $CO_2$ gas was found to reach upto 3.08 mmol/g by AC-LiG (Activated carbon-Lithium glycinate), which has the largest specific surface area ($1026.9m^2/g$). As for low level $CO_2$ flow the primary amine impregnated adsorbent showed 0.26 mmol/g of adsorption amount, indicating the highest selectivity. An adsorbent with potassium-glycine salts (AC-KG, Activated carbon-Potassium glycinate) instead of amine presented with 0.12 mmol/g of adsorption capacity, which was higher than that of raw activated carbon granules (0.016 mmol/g).
The adsorption characteristics of $CO_2$ gas on impregnated activated carbons with MEA (Mono-ethanolamine) and AMP (2-Amino 2-methyl 1-propanol) were studied to improve the adsorption ability of $CO_2$ gas on activated carbon. The equilibrium adsorption capacity of $CO_2$ gas was increased by increment of impregnation concentration up to 40 %, but decreased above 50 %. The adsorption capacity of activated carbon impregnated with AMP was higher than activated carbon impregnated with MEA. The breakthrough was fast according to increment of inlet concentration of $CO_2$ gas.
The importance of stepped single-crystal surfaces as model catalysts has been well recognized [1]. We re-investigated the adsorption properties of $H_2$ and CO, most important species in platinum-based catalysts, on nearly defect-free and highly stepped surfaces of one and the same Pt(111) crystal. While both being symmetric and single-peaked from the nearly defect-free surface, temperature-programmed desorption (TPD) spectra from the highly stepped surface saturated at 90 K with H and CO were triply- and doubly-peaked, respectively. Once pre-adsorbed, CO preempted step and then terrace sites, inhibiting the dissociative $H_2$ adsorption completely. Pre-adsorbed H inhibited the CO adsorption on terrace sites only, leaving defect sites intact for CO adsorption even at the saturation H precoverage. On defect-free Pt(111), while pre-adsorbed CO inhibited the dissociative $H_2$ adsorption completely, pre-adsorbed H could not inhibit the CO adsorption completely. These intriguing, but interesting results are discussed in terms of energetics/kinetics and the role of surface step sites in the dissociative adsorption of $H_2$ on Pt(111) [2].
Jeon, Da-Hee;Min, Byung-Gak;Oh, Jong Gab;Nah, Changwoon;Park, Soo-Jin
Carbon letters
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제16권1호
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pp.57-61
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2015
Carbon aerogel is a porous carbon material possessing high porosity and high specific surface area. Nitrogen doping reduced the specific surface area and micropores, but it furnished basic sites to improve the $CO_2$ selectivity. In this work, N-doped carbon aerogels were prepared with different ratios of resorcinol/melamine by using the sol-gel method. The morphological properties were characterized by scanning electron microscopy (SEM). Nitrogen content was studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and the specific surface area and micropore volume were analyzed by $N_2$ adsorption-desorption isotherms at 77 K. The $CO_2$ adsorption capacity was investigated by $CO_2$ adsorption-desorption isotherms at 298 K and 1 bar. Melamine containing N-doped CAs showed a high nitrogen content (5.54 wt.%). The prepared N-doped CAs exhibited a high $CO_2$ capture capacity of 118.77 mg/g (at resorcinol/melamine = 1:0.3). Therefore, we confirmed that the $CO_2$ adsorption capacity was strongly affected by the nitrogen moieties.
Park, Mi-Seon;Lee, Si-Eun;Kim, Min Il;Lee, Young-Seak
Carbon letters
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제16권1호
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pp.45-50
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2015
High crystallinity coke-based activated carbon (hc-AC) is prepared using a potassium hydroxide solution to adsorb carbon dioxide ($CO_2$). The $CO_2$ adsorption characteristics of the prepared hc-AC are investigated at different temperatures. The X-ray diffraction patterns indicate that pitch-based cokes prepared under high temperature and pressure have a high crystal structure. The textural properties of hc-AC indicate that it consists mainly of slit-like pores. Compared to other textural forms of AC that have higher pore volumes, this slit-pore-shaped hc-AC exhibits higher $CO_2$ adsorption due to the similar shape between its pores and $CO_2$ molecules. Additionally, in these high-crystallinity cokes, the main factor affecting $CO_2$ adsorption at lower temperature is the pore structure, whereas the presence of oxygen functional groups on the surface has a greater impact on $CO_2$ adsorption at higher temperature.
$25^{\circ}C$에서 $CO_2$ 흡착을 위한 작업용량과 $CO_2/CO$ 선택계수를 현저하게 향상시키기 위하여 서로 다른 전하와 이온반경을 갖는 $Na^+$, $N^+$, $Ca^{2+}$와 $Cu^{2+}$로 이온교환된 Y 제올라이트들이 연구되었다. 매우 소량인 0.012% $Ca^{2+}$로 이온교환된 NaY는 7회의 반복적인 $CO_2$ 흡착/탈착 싸이클 동안에도 완전히 가역적이었으므로 기존에 보고된 것들과는 달리 표면에 카보네이트는 생성되지 않는 것으로 생각된다. 4 bar 이상에서 2.00% CaY, 1.60% CuY와 1.87% LiY 모두 NaY와 매우 유사한 $CO_2$ 흡착성능을 보였다할지라도 그보다 낮은 압력에서는 이들의 흡착능은 감소하였고 그 정도는 금속이온들의 종류에 의존하였다. 0.5 ~ 2.5 bar에서 $CO_2$ 흡착성능은 NaY > 1.60% CuY > 2.00% CaY > 1.87% LiY의 순으로 나타났는데, 이들 모두 동일한 faujasite 골격과 약 2.6의 Si/Al 비율을 가지므로 골격, 골격조성, 유효세공크기와 채널구조에 있어서 차이는 없기 때문에 약한 루이스산의 특성을 갖는 $CO_2$의 구별되는 흡착거동은 이온교환에 따른 국부염기도와 흡착 포텐셜 에너지의 변화 때문일 것이다. $CO_2$ 흡착과는 다른 경향성이 CO 흡착에서 나타났고 이는 보다 약한 사극자 상호작용 때문이다. 0.012 ~ 5.23% Ca 함량을 갖는 Y 제올라이트에 $CO_2$와 CO 흡착 시 Ca 함량에 따른 현저한 의존성이 존재하였는데 0.05% 이하에서 $CO_2$ 흡착능은 증가한 반면에 그 이상에서는 감소하였다. 이러한 경향에도 불구하고 Ca 함량의 증가와 함께 작업용량과 $CO_2/CO$ 선택계수는 현저히 증가하였고, 5.23% CaY의 경우 작업용량은 $2.37mmol\;g^{-1}$, 선택계수는 4.37이었는데 본 연구에서 얻어진 작업용량은 문헌에 보고된 벤치마크와 유사한 수준이었다.
Adsorption experiment of carbon dioxide was performed on MCM41 silica impregnated with two kinds of EDA(ethylenediamine) and MEA(monoethanolamine). The prepared adsorbents were characterized by BET surface area, X-ray diffraction and FT-IR. The $CO_2$ capture study was investigated in a U type packed column with GC/TCD. The results of XRD for MCM-41 and amine-impregnated MCM41 showed typical the hexagonal pore system. BET results showed the MCM 41 impregnated amine to have a surface area of 141 $m^2/g$ to 595 $m^2/g$ and FT-IR revealed a N-H functional group at about 1400$cm^{-1}$ to 1600$cm^{-1}$. The $CO_2$ adsorption capacity on EDA and MEA was as follow: MCM41-EDA30 > MCM41 -EDA40 >MCM41-EDA20 >MCM-EDA10 and MCM41-MEA40 >MCM41-MEA30 > MCM41-MEA20> MCM41-MEA10. The MCM41-EDA30 showed the highest adsorption capacity due to physical adsorption and chemical adsorption by amino-group content. The results suggest that mesoporous media with EDA is effective adsorbent for $CO_2$ capture from flue gases.
Porous carbons have attracted much attention for their novel application in gas storage. In this study, porous graphite nano-fiber (PGNFs)-based graphite nano fibers (GNFs) were prepared by KOH activation to act as adsorbents. The GNFs were activated with KOH by changing the GNF/KOH weight ratio from 0 through 5 at 900℃. The effects of the GNF/KOH weight ratios on the pore structures were also addressed with scanning electron microscope and N2 adsorption/desorption measurements. We found that the activated GNFs exhibited a gradual increase of CO2 adsorption capacity at CK-3 and then decreased to CK-5, as determined by CO2 adsorption isotherms. CK-3 had the narrowest micropore size distribution (0.6–0.78 nm) among the treated GNFs. Therefore, KOH activation was not only a significant method for developing a suitable pore-size distribution for gas adsorption, but also increased CO2 adsorption capacity as well. The study indicated that the sample prepared with a weight ratio of ‘3’ showed the best CO2 adsorption capacity (70.8 mg/g) as determined by CO2 adsorption isotherms at 298 K and 1 bar.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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