Новости химической науки > Материал для фиксации диоксида углерода из асфальта

Не прошедший очистку и обработку природный газ обычно содержит примеси диоксида углерода и других газов, которые должны быть удалены до подачи голубого топлива в систему магистральных газопроводов.

Новый пористый материал, являющийся производным асфальта, может помочь провести такое разделение быстро и эффективно. Модифицированное азотом твердое вещество может поглотить массу углекислого газа, равную или даже большую, чем собственная масса.

Природный газ, добывающийся из природных резервуаров, содержит до 70% углекислого газа. Обычно для отделения диоксида углерода сырой газ пропускают через раствор аминов. Затем насыщенный углекислым газом раствор, содержащий уже соли аминов и угольной кислоты, нагревают для регенерации аминов к следующему циклу поглощения CO₂. Для понижения затрат энергии в процессе поглощения углекислого газа исследователи разрабатывают твердые пористые вещества, которые могут запасать и высвобождать CO₂ соответственно при повышении и понижении давления. В литературе сообщалось уже о ряде таких твердых систем на основе металлоорганических каркасных структур (MOF), но производство этих материалов пока обходится слишком дорого для их применения в промышленных масштабах.

Рисунок из ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, DOI: 10.1021/am508858x

В целях создания более эффективных с экономической точки зрения материалов для удаления CO₂ из природного газа и других газовых смесей исследователи работают над созданием абсорбентов на углеродной основе. Устойчивость и теплопроводность таких материалов также вполне может обуславливать их применение для крупномасштабного производства и использования в химической технологии.

Ранее Джеймс Тур (James M. Tour) и его коллеги из Университета Райса сообщали о синтезе азот- и серосодержащих углеродных материалов, способных улавливать CO₂. В этих материалах атомы азота и серы служат связывающими центрами для молекул CO₂. В новой работе они сообщают о дешевом сырье для производства таких материалов – асфальте.

Асфальт, один из продуктов разделения кубового остатка, остающегося после ректификации нефти, представляет собой смесь агрегатов полициклических ароматических углеводородов – асфальтенов. Для превращения асфальта в пористый твердый материал его нагревали с гидроксидом калия при 700°C. Такая обработка приводит к образованию смеси CO₂ и CO, которые, проходя через асфальт, формируют в застывающем твердом материале поры. На следующем этапе исследователи проводили легирование твердой углеродной губки азотом. Для этого они нагревали пористый материал в смеси газообразных аммиака и водорода.

Для испытания нового материала исследователи подвергли его воздействию CO₂, сжатого до давления, равного давлению в месторождении природного газа, содержащего 10% углекислого газа. После такого воздействия масса материала увеличилась на 114%. По словам Тура, такая способность к абсорбции значительно превышает эффективность по поглощению CO₂ других углеродсодержащих материалов. При понижении внешнего давления поглощенный новым материалом CO₂ успешно десорбировался.

Шен Дай (Sheng Dai) из Национальной Лаборатории Оук Ридж (США) высоко оценивает абсорбционную емкость нового материала. Он подчеркивает, что ранее другие исследовательские группы демонстрировали эффективность модифицированных азотом углеродных материалов для поглощения CO₂ в условиях низких давлений, а результаты новой работы наглядно демонстрируют то обстоятельство, что легирование азотом повышает абсорбционную эффективность углеродсодержащих материалов и при высоких температурах.

Источник: ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, DOI: 10.1021/am508858x

метки статьи: #вопросы экологии, #новые материалы, #химическая технология