Synteza związków metaloorganicznych jako efektywnych sorbentów ditlenku węgla

• Autorzy: Bieniek J , Majchrzak A , Majchrzak-Kucęba I

Warianty tytułu

EN

Synthesis of metal-organic framework structures as effective carbon dioxide sorbents

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszym artykule przedstawiono wstępne doświadczenia z badań innowacyjnej grupy stałych materiałów porowatych - struktur metaloorganicznych (MOF), mogących znaleźć zastosowanie w adsorpcyjnym wychwycie i separacji ditlenku węgla. Przedstawiono syntezę kilku struktur: MOF-5, MOF-199, Zn-MOF-74, Mg-MOF-74, Ni2(BDC)2(Dabco), Zn2(BDC)2(Dabco) oraz Mg2(BDC)2(Dabco). Pierwsze dwa z nich zbudowane są z trójwymiarowego szkieletu sześciennych cząsteczek metaloorganicznych, kolejne dwa charakteryzują się dwuwymiarową strukturą, natomiast ostatnie trzy przypominają modyfikowane glinokrzemiany warstwowe. Zaprezentowano wyniki analiz stabilności termicznych otrzymanych próbek oraz wyznaczono metodą termograwimetryczną ich pojemności sorpcyjne względem CO2 w temperaturze 25°C w ciśnieniu atmosferycznym.

EN

In the presented article were shown preliminary experiences in building a research base in the subject of innovative porous materials - metal-organic framework structures (MOFs). These materials can be applicable in adsorptive capture and separation of carbon dioxide. These structures are hybrids of metals or metal building units and organic ligands as linkers. Within the article there were presented and conducted reconstructive procedures of synthesis of several MOFs. MOF-5 is composed of zinc acetate molecules connected with terephtalate ligands in cubic macroparticles which create a 3D porous structure. MOF-199 shows quite similar construction with exception of replacement of terephtalate linker by benzenetricarboxylate ligand. Zn-MOF-74 and Mg-MOF-74 present a 2D structure appearing as tunnels built by connecting metals with dihyroxytereftalate ligand. Last synthesized group of MOFs is Me2(BDC)2Dabco, where Me is Ni, Zn or Mg. Structure of these materials is similar to pillared clays (such as bentonites), with layers constructed by metals and terephtalic acid ligands which are pillared by molecules of diazabicyclooctane. Within the article were presented results of thermal stability of synthesized samples, in order to determine its suitability to the technological processes. The most important part of this paper is determination of adsorption capacities of synthesized samples relative to the carbon dioxide as an adsorbate in temperature of 25°C and at atmospheric pressure.

Słowa kluczowe

PL

adsorpcja; separacja ditlenku węgla; struktury metaloorganiczne

EN

adsorption; carbon dioxide separation; metal-organic framework structures

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 15, nr 4
• Strony: 427--439
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Bieniek J

• Politechnika Częstochowska, Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii ul. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

autor

Majchrzak A

• Politechnika Częstochowska, Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii ul. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

autor

Majchrzak-Kucęba I

• Politechnika Częstochowska, Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii ul. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Kierunki rozwoju czystych technologii węglowych w Polsce, Ministerstwo Gospodarki, MG projekt z dnia 25 sierpnia 2010, Warszawa 2011.
• [2] Technologia wychwytywania i geologicznego składowania dwutlenku węgla (CCS) sposobem na złagodzenie zmian klimatu, Raport Polskiej Konfederacji Pracodawców Prywatnych „Lewiatan”, Warszawa, listopad 2010.
• [3] Wójcik K., Chmielniak T., Wychwyt i transport CO2 ze spalin - efekty energetyczne i analiza ekonomiczna, Rynek Energii 2010, 12.
• [4] Wawrzyńczak D., Majchrzak-Kucęba I., Nowak W., Badania separacji CO2 na wybranych sorbentach metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA, Civil and Environmental Engineering / Budownictwo i Inżynieria Środowiska 1, 2010, 85-89.
• [5] Voss Ch, Application of Pressure Swing Adsorption technology, Adsorption 2005, 11, 527-529.
• [6] Gomes V.G., Yee K.W.K., Pressure swing adsorption for carbon dioxide sequestration from exhaust gases, Separation and Purification Technology 2002, 28, 161-171.
• [7] Tlili N., Grevillot G., Vallieres C., Carbon dioxide capture and recovery by means of TSA and/or VSA, International Journal of Greenhouse Gas Control 2009, 3, 519-527.
• [8] Grande C.A., Rodrigues A.E., Electric Swing Adsorption for CO2 removal from flue gases, International Journal of Greenhouse Gas Control 2008, 2, 194-202.
• [9] Suzuki T., Sakoda A., Suzuki M., Izumi J., Recovery of carbon dioxide from stack gas by piston-driven ultra-rapid PSA, Journal of Chemical Engineering of Japan 1997, 1026-1033.
• [10] Furukawa H., Ko N., Go Y.B., Aratani N., Choi S.B., Choi E., Yazaydin A.O., Snurr R.Q., O’Keeffe M., Kim J., Yaghi O.M.; “Ultra - High Porosity in Metal - Organic Frameworks”, Science 2010, 329, 424-428.
• [11] Seo J., Matsuda R., Sakamoto H., Bonneau C., Kitagawa S., „A Pillared Layer Coordination Polymer with a Rotatable Pillar Acting as a Molecular Gate for Guest Molecules”J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 12 792-12 800.
• [12] Rabone J., Yue Y.-F., Chong S.Y., Stylianou K.C., Bacsa J., Bradshaw D., Darling G.R., Berry N.G., Khimyak Y.Z., Ganin A.Y., Wiper P., Claridge J.B., Rosseinsky M.J., „An Adaptable Peptide - Based Porous Material, Science 2010, 329, 1053-1057.
• [13] Moellmer J., Moeller A., Dreisbach F., Glaeser R., Staudt R., High pressure adsorption of hydrogen, nitrogen, carbon dioxide and methane on the metal-organic framework HKUST-1, Microporous and Mesoporous Materials 2011, 138, 140-148.
• [14] Anbia M., Hoseini V., Sheykhi S., Sorption of methane, hydrogen and carbon dioxide on metalorganic framework, iron terephthalate (MOF-235), Journal of Industrial and Engineering Chemistry 2012, 18, 1149-1152.
• [15] Abid H.R., Tian H., Ha-Ming Ang, Tade M.O., Buckley C.E., Wang S., Nanosize Zr-metal organic framework (UiO-66) for hydrogen and carbon dioxide storage, Chemical Engineering Journal 2012, 187, 415-420.
• [16] Liu Y., et al., Synthesis of continuous MOF-5 membranes on porous ά-alumina substrates, Microporous and Mesoporous Materials 118, 2009, 296-301.
• [17] Krishna R., van Baten J.M., Investigating the potential of MgMOF-74 membranes for CO2 capture, Journal of Membrane Science 2011, 377, 249-260.
• [18] D’Alessandro D.M., et al., Carbon dioxide capture: prospects for new materials, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6058-6082.
• [19] Jian-Rong Li, Yuguang Ma, M.C. McCarthy, J. Sculley, Jiamei Yu, Hae-Kwon Jeong, Balbuena P.B., Hong-Cai Zhou, Review: Carbon dioxide capture-related gas adsorption and separation in metal-organic frameworks, Coordination Chemistry Reviews 2011, 255, 1791-1823.
• [20] Meek S.T., Greathouse J.A., Allendorf M.D., Metal-organic frameworks: a rapidly growing class of versatile nanoporous materials, Adv. Mater. 2011, 23, 249-267.
• [21] Tranchemontagne D.J., Hunt J.R., Yaghi O.M., Room temperature synthesis of metal-organic frameworks: MOF-5, MOF-74, MOF-177, MOF-199 and IRMOF-0, Tetrahedron 2008, 64, 8553-8557.
• [22] Bao Z., Yu L., Ren Q., Lu X., Deng S., Adsorption of CO2 and CH4 on a magnesium-based metal organic framework, Journal of Colloid and Interface Science 2011, 353, 549-556.
• [23] Liang Z., Marshall M., Chaffee A.L., CO2 adsorption, selectivity and water tolerance of pillaredlayer metal organic frameworks, Microporous and Mesoporous Materials 2010, 132, 305-310.