catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2023-6-5-16catal-975Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ КАТАЛИЗАGENERAL PROBLEMS OF CATALYSISВлияние состава и способа приготовления NaNO3 /MgO сорбентов на их сорбционные свойства в отношении диоксида углеродаThe influence of chemical composition and preparation procedure on CO2 capture performance of NaNO3 /MgO-based sorbentsНикулинаИ. Е.NikulinaI. E.ctls@kalvis.ruДеревщиковВ. С.DerevshchikovV. S.ctls@kalvis.ruПахаруковаВ. П.PakharukovaV. P.ctls@kalvis.ruСнытниковП. В.PotemkinD. I.ctls@kalvis.ruПотемкинД. И.SnytnikovP. V.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian Federation202323112023236516Copyright © LLC "KALVIS", 20232023LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/975

В работе были синтезированы различными методами и исследованы сорбенты на основе оксида магния MgO, модифицированного NaNO3 в концентрации 5–50 мол.%. Показано, что оптимальным способом синтеза является пропитка предшественника MgO. Оптимальной концентрацией NaNO3 в качестве модификатора является 10 мол.%, что позволяет достигать сорбционной емкости 6,5 ммоль СО2 /гсорб за 1 ч сорбции при 320 °С и 50 об.% СО2. Достигнутая сорбционная емкость в ходе 10 последовательных циклов сорбции-десорбции для 10 мол.% NaNO3 составляет 4,5–5,5 ммоль СО2 /гсорб за 30 мин сорбции при 50 об.% СО2 и температурах 300–350 °С для стадий сорбции-десорбции соответственно. Показано, что повышение общего давления сорбции до 10 атм позволяет снизить температуру сорбции до 220–260 °С, и достигнутая сорбционная емкость составляет 4,0 ммоль СО2 /гсорб при 25 об.% СО2, что почти вдвое превышает значение сорбционной емкости при 1 атм. Показано, что обработка паром и водородом не приводит к существенному изменению сорбционных свойств и фазового состава MgO, модифицированного NaNO3.

MgO based sorbents modified by 5–50 mol.% NaNO3 have been prepared by various methods and investigated in detail. It has been showed that optimal synthesis method is incipient wetness impregnation of MgO precursor with sodium nitrate water solution. The highest sorption capacity of 6.5 mmol CO2 g–1 sorb after 1 hour of sorption from the gas mixture with 50 vol.% CO2 at 320 °C was achieved using the MgO modified by 10 mol.% NaNO3. Sorption capacity for MgO modified by 10 mol.% NaNO3 during 10 consecutive sorption-desorption cycles is approximately 4.5–5.5 mmol CO2 g–1 sorb. The duration of the sorption stage is 30 min, the CO2 content in the feed gas is 50 vol.% and sorption-regeneration temperature is 300–350 °C respectively. It has been showed that increasing the sorption pressure to 10 bar allows reducing sorption temperature from 320 °C to 220–260 °C. The sorption capacity is reached up to 4.0 mmol CO2 g–1 sorb at 25 vol.% CO2 that is twice higher than that at 1 bar. It has been demonstrated that steam and hydrogen treatment before sorption doesn’t lead to a significant change in the sorption properties and phase composition of NaNO3 modified MgO-based sorbent.

оксид магниясорбция СО2NaNO3очистка водородасорбционно-каталитическая паровая конверсия СОReferencesArutyunov V., Semenov N.N. // Academia letters. 2021. DOI: 10.20935/AL3692.Arutyunov V., Semenov N.N. // Academia letters. 2021. DOI: 10.20935/AL3692.Apostolou D., Xydis G. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2019. V.113. P. 109292–109305.Apostolou D., Xydis G. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2019. V.113. P. 109292–109305.Hu Y., Cui H., Cheng Z., Zhou Z. // Chem. Eng. J. 2019. V.377. P. 119823-119833. DOI: 10.1016/j.cej.2018.08.209.Hu Y., Cui H., Cheng Z., Zhou Z. // Chem. Eng. J. 2019. V.377. P. 119823-119833. DOI: 10.1016/j.cej.2018.08.209.Hwang B. W., Lim J. H., Chae H. J., Ryu H-J., Lee D., Lee J. B., Kim H., Lee S.C., Kim J.C. // PSEP. 2018. V. 116. P. 219-227. DOI: 10.1016/j.psep.2018.02.008.Hwang B. W., Lim J. H., Chae H. J., Ryu H-J., Lee D., Lee J. B., Kim H., Lee S.C., Kim J.C. // PSEP. 2018. V. 116. P. 219-227. DOI: 10.1016/j.psep.2018.02.008.Wang Y., Memon M.Z., Seelro M.A., Fu W., Gao Y., Dong Y., Ji G. // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. V. 46. P. 23358-23379. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.01.206.Wang Y., Memon M.Z., Seelro M.A., Fu W., Gao Y., Dong Y., Ji G. // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. V. 46. P. 23358-23379. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.01.206.Bang G., Kim K-M., Jin S., Lee C-H. // J. Chem. Eng. 2022. V. 433. P.134607-134615. DOI: 10.1016/j.cej.2022.134607.Bang G., Kim K-M., Jin S., Lee C-H. // J. Chem. Eng. 2022. V. 433. P.134607-134615. DOI: 10.1016/j.cej.2022.134607.Lee C.H., Kim S., Yoon H. J., Yoon C. W., Lee K. B. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2021. V. 145. P. 111064-111073. DOI: 10.1016/j.rser.2021.111064.Lee C.H., Kim S., Yoon H. J., Yoon C. W., Lee K. B. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2021. V. 145. P. 111064-111073. DOI: 10.1016/j.rser.2021.111064.Liu, M.; Vogt, C.; Chaffee, A.L.; Chang, S.L.Y. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 17514-17520.Liu, M.; Vogt, C.; Chaffee, A.L.; Chang, S.L.Y. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 17514-17520.Dunstan M.T., Donat F., Bork A.H., Grey C.P., Muller C.R. // Chem.Rev. 2021. DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00100.Dunstan M.T., Donat F., Bork A.H., Grey C.P., Muller C.R. // Chem.Rev. 2021. DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00100.Harada T., Simeon F., Hamad E., Hatton A. // Chem.Mater. DOI: 10.1021/cm503295g.Harada T., Simeon F., Hamad E., Hatton A. // Chem.Mater. DOI: 10.1021/cm503295g.Donat F., Muller C. R. // Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2022. V. 36. P. 100645-100650. DOI: 10.1016/j.cogsc.2022.100645.Donat F., Muller C. R. // Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2022. V. 36. P. 100645-100650. DOI: 10.1016/j.cogsc.2022.100645.Wang J., Huang L., Yang R., Zhang Z., Wu J., Gao Y., Wang Q., O’Hare D., Zhong Z. // Energy Environ. Sci. 2014. V.7. P. 3478-3518. DOI: 10.1039/C4EE01647E.Wang J., Huang L., Yang R., Zhang Z., Wu J., Gao Y., Wang Q., O’Hare D., Zhong Z. // Energy Environ. Sci. 2014. V.7. P. 3478-3518. DOI: 10.1039/C4EE01647E.Hu Y., Guo Y., Sun J., Li H., Liu W. // J. Mater. Chem. A. 2019. V. 7. P. 20103–20120. DOI: 10.1039/C9TA06930E.Hu Y., Guo Y., Sun J., Li H., Liu W. // J. Mater. Chem. A. 2019. V. 7. P. 20103–20120. DOI: 10.1039/C9TA06930E.Mutch G.A., Shulda S., McCue A.J., Menart M.J., Ciobanu C.V., Ngo C., Anderson J.A., Richards R.M., Vega-Maza D. // J. Am. Chem. Soc. 2018. V. 140. P. 4736–4742. DOI: 10.1021/jacs.8b01845.Mutch G.A., Shulda S., McCue A.J., Menart M.J., Ciobanu C.V., Ngo C., Anderson J.A., Richards R.M., Vega-Maza D. // J. Am. Chem. Soc. 2018. V. 140. P. 4736–4742. DOI: 10.1021/jacs.8b01845.Hu J., Zhu K., Chen L. // J. Phys. Chem. C. 2007. V. 111. P. 12038–12044. DOI: 10.1021/jp073383x.Hu J., Zhu K., Chen L. // J. Phys. Chem. C. 2007. V. 111. P. 12038–12044. DOI: 10.1021/jp073383x.Ueda W., Yokoyama T., Moro-Oka Y. // Chem. Lett. 1985. V. 14. P. 1059–1062.Ueda W., Yokoyama T., Moro-Oka Y. // Chem. Lett. 1985. V. 14. P. 1059–1062.Gao W., Vasiliades M. A., Damaskinos C. M., Zhao M., Fan W., Wang Q., Reina T. R., Efstathiou A. M. // Environ. Sci.Technol. 2021. V.55. P .4513-4521. DOI: 10.1021/acs.est.0c08731.Gao W., Vasiliades M. A., Damaskinos C. M., Zhao M., Fan W., Wang Q., Reina T. R., Efstathiou A. M. // Environ. Sci.Technol. 2021. V.55. P .4513-4521. DOI: 10.1021/acs.est.0c08731.Qiao Y., Wang J., Zhang Y., Gao W., Harada T., Huang L., Hatton T. A., Wang Q. // Ind. Eng. Chem. Res. 2017. DOI: 10.1021/acs.iecr.6b04793.Qiao Y., Wang J., Zhang Y., Gao W., Harada T., Huang L., Hatton T. A., Wang Q. // Ind. Eng. Chem. Res. 2017. DOI: 10.1021/acs.iecr.6b04793.Yang X., Zhao L., Liu Y., Sun Z., Xiao Y. // Ind. Eng. Chem. Res. 2016. DOI: 10.1021/acs.jecr.6b03909.Yang X., Zhao L., Liu Y., Sun Z., Xiao Y. // Ind. Eng. Chem. Res. 2016. DOI: 10.1021/acs.jecr.6b03909.Уваров Н.Ф. // Успехи химии. 2007. T. 76. С. 454-473. DOI: 10.1070/RC2007v076n05ABEH003687.Уваров Н.Ф. // Успехи химии. 2007. T. 76. С. 454-473. DOI: 10.1070/RC2007v076n05ABEH003687.Vu A-T., Park Y., Jeon P. R., Lee C-H. // Chem. Eng. J. 2014. V. 258. P. 254-264. DOI: 10.1016/j.cej.2014.07.088Vu A-T., Park Y., Jeon P. R., Lee C-H. // Chem. Eng. J. 2014. V. 258. P. 254-264. DOI: 10.1016/j.cej.2014.07.088Boon J., Coenen K., van Dijk E., Cobden P., Gallucci F., van Sint Annaland M. // Advances in Chemical Engineering. 1st ed. Elsevier Inc. 2017. V. 51. P. 1–96. DOI: 10.1016/bs.ache.2017.07.004.Boon J., Coenen K., van Dijk E., Cobden P., Gallucci F., van Sint Annaland M. // Advances in Chemical Engineering. 1st ed. Elsevier Inc. 2017. V. 51. P. 1–96. DOI: 10.1016/bs.ache.2017.07.004.Lee C.H., Lee K.B. // Appl. Energy. 2017. V. 205. P.316–322. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.07.119.Lee C.H., Lee K.B. // Appl. Energy. 2017. V. 205. P.316–322. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.07.119.Li Y., Kottwitz M., Vincent J.L., Enright M.J., Liu Z., Zhang L., Huang J., Senanayake S.D., Yang W.C.D., Crozier P.A., Nuzzo R.G., Frenkel A.I. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 914-922. DOI: 10.1038/s41467-021-21132-4.Li Y., Kottwitz M., Vincent J.L., Enright M.J., Liu Z., Zhang L., Huang J., Senanayake S.D., Yang W.C.D., Crozier P.A., Nuzzo R.G., Frenkel A.I. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 914-922. DOI: 10.1038/s41467-021-21132-4.Gorlova A.M.; Simonov P.A.; Stonkus O.A.; Pakharukova V.P.; Snytnikov P.V.; Potemkin D.I. // Kinet. Catal. 2021. V. 62. P. 812-819. DOI: 10.1134/S0023158421060057.Gorlova A.M.; Simonov P.A.; Stonkus O.A.; Pakharukova V.P.; Snytnikov P.V.; Potemkin D.I. // Kinet. Catal. 2021. V. 62. P. 812-819. DOI: 10.1134/S0023158421060057.Gorlova A.M., Karmadonova I.E., Derevshikov V.S., Rogozhnikov V.N., Snytnikov P.V., Potemkin D.I. // Catalysis in Industry. 2022. V. 14. P. 349–356.Gorlova A.M., Karmadonova I.E., Derevshikov V.S., Rogozhnikov V.N., Snytnikov P.V., Potemkin D.I. // Catalysis in Industry. 2022. V. 14. P. 349–356.Harada T., Hatton T.A. // Chem.Mater. 2015. DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b03904.Harada T., Hatton T.A. // Chem.Mater. 2015. DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b03904.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.