Synthesis and assessment of aminosilane-grafted silica gel for the post-combustion CO2 adsorption in a fixed-bed reactor

Abstract

CO2 segregation from exhaust gases has gained growing attention over the last few years due to the increasing demands placed on industrial plants to establish emission-free processes. The currently most implemented process to segregate CO2 is amine scrubbing. As a result of the numerous disadvantages of amine scrubbing, the development of alternative processes, that are entirely regenerative, more energy-efficient, and less carcinogenic is of high interest. As part of this work five adsorbents for the CO2 adsorption were prepared by grafting an aminosilane into the porous structure of a silica gel. Then, the adsorbents’ capabilities to selectively adsorb CO2 from a simulated exhaust gas were cyclically tested in a fixed bed reactor. This was followed by a desorption of the adsorbents using steam. The adsorbents were prepared and applied successfully, and they achieved promising results in the cyclic CO2 sorption process. This provides a sound basis for further research.

CO2-Abscheidungprozesse aus Abgasen gewinnen seit Jahren zunehmend an Aufmerksamkeit, aufgrund immer stärker werdender Anforderungen an Anlagen, um emissionsfreie Industrieprozesse einzuführen. Der derzeit am häufigsten eingesetzte Prozess zur CO2 Abscheidung ist die Aminwäsche. Aufgrund zahlreicher Nachteile dieses Prozesses ist die Entwicklung alternativer Verfahren, welche gänzlich regenerativ, energieeffizienter und weniger karzinogen sind, von hohem Interesse. Im Zuge dieser Arbeit wurden fünf Adsorbentien für die CO2-Adsorption durch die Funktionalisierung von porösem Silica gel mit einem Aminosilan hergestellt. Anschließend wurden die Adsorbentien hinsichtlich ihrer selektiven CO2Adsorptionsfähigkeit aus einem simulierten Abgas in einem Festbettreaktor zyklisch getestet. Die Desorption der Adsorbentien erfolgte mit Wasserdampf. Die Adsorbentien konnten erfolgreich hergestellt und angewandt werden, und diese erzielten vielversprechende Ergebnisse aus den zyklischen CO2-Sorptionsversuchen. Dies stellt eine fundierte Basis für weiterführende Forschungsarbeiten dar.