Transporte de CO2 no Sistema Solo-Planta-Atmosfera

Pós-graduação em Física - IGCE

CO2:n adsorptio Loviisan voimalaitoksen päästöilmasta 14C-päästöjen määrittämiseksi

Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää mahdollisuuksia 14C:n kemiallisten muotojen eriyttämiseen käyttäen Loviisan voimalaitoksella olemassa olevaa näytteenkeräyslaitteistoa. Lisäksi tarkoituksena oli selvittää parhaiten tähän käyttötarkoitukseen soveltuva zeoliittityyppiä tyypeistä 4A, 5A ja 13X. Työn kirjallisessa osassa käsitellään ydinvoimalaitoksen C14-päästöjä keskittyen pääosin Loviisan VVER-laitokseen. Adsorption osalta esitellään kaupallisesti käytettyjä adsorptiomateriaaleja ja paneudutaan adsorptioon fysikaalisena ja kemiallisena ilmiönä. Lisäksi esitellään kahden desorptiomenetelmän perusperiaatteet. Kirjallisen osan lopussa kootaan tutkimukseen vaikuttavia tekijöitä ja esitellään aiemmin käytössä ollut näytteenkeräyslaitteisto. Kokeellisessa osassa esitellään työssä käytetyt laitteistot. Lisäksi on kuvattu mittausten suoritus nestetuikelaskurilla. Tämän jälkeen työssä esitellään mittaustuloksien käsittely ja näin saadut tulokset.

High-pressure adsorption of supercritical gases on activated carbons: An improved approach based on the density functional theory and the bender equation of state

Adsorption of nitrogen, argon, methane, and carbon dioxide on activated carbon Norit R1 over a wide range of pressure (up to 50 MPa) at temperatures from 298 to 343 K (supercritical conditions) is analyzed by means of the density functional theory modified by incorporating the Bender equation of state, which describes the bulk phase properties with very high accuracy. It has allowed us to precisely describe the experimental data of carbon dioxide adsorption slightly above and below its critical temperatures. The pore size distribution (PSD) obtained with supercritical gases at ambient temperatures compares reasonably well with the PSD obtained with subcritical nitrogen at 77 K. Our approach does not require the skeletal density of activated carbon from helium adsorption measurements to calculate excess adsorption. Instead, this density is treated as a fitting parameter, and in all cases its values are found to fall into a very narrow range close to 2000 kg/m(3). It was shown that in the case of high-pressure adsorption of supercritical gases the PSD could be reliably obtained for the range of pore width between 0.6 and 3 run. All wider pores can be reliably characterized only in terms of surface area as their corresponding excess local isotherms are the same over a practical range of pressure.

Molecular guided catalytic hydrogenation by micelle-hosted Pd nanoparticle in supercritical CO2

Homogeneous dispersion of microemulsion containing palladium nanoparticles in scCO(2) is, for the first time, observed via sapphire window reactor and these particles show an unusual reluctance for double bond hydrogenation of citral aldehyde at hydrophobic end rather than hydrophilic end (high regioselectivity) owing to the unique micelle environment in supercritical carbon dioxide that guide a head-on attack of the molecule.

Catalytic CO2 hydrogenation: study at the molecular scale using field emission techniques

An accurate characterization of the rhodium specimen was obtained via FIM experiments. Reaction behaviors between H2 and CO2 were observed in FEM mode at 700 K. At this temperature, CO desorption occurs, preventing CO+H2 reaction. Surface is mainly recovered by oxygen; reaction with hydrogen occurs. Finally, we can identify the reaction as the Reverse Water Gas Shift.

Hydrothermal stable templated molecular sieve silica (TMSS) membranes for gas separation

In this work we compare the hydrothermal stability performance of a Templated Molecular Sieve Silica (TMSS) membrane against a standard, non-templated Molecular Sieve Silica (MSS) membrane. The tests were carried under dry and wet (steam) conditions for single gas (He, H2, CO and CO2) at 1-2 atm membrane pressure drop at 200oC. Single gas TMSS membrane H2, permeance and H2/CO permselectivity was found to be 2.05 x 10-8 mols.m-2.s-1.Pa-1 and 15, respectively. The MSS membrane showed similar selectivity, but increased overall flux. He permeance through membranes decayed at a rate of 4-5 x 10-10 mols.m-2.s-1.Pa-1 per day regardless of membrane ambience (dry or wet). Although H2/CO permselectivity of the TMSS membrane slightly improved from 15 to 18 after steam testing, the MSS membrane resulted in significant reduction from 16 to 8.3. In addition, membrane regeneration after more than 50 days resulted in the TMSS membrane reverting to its original permeation levels while no significant improvements were observed for the MSS membra ne. Results showed that the TMSS membrane had enhanced hydrothermal stability and regeneration ability.

Experimental and theoretical investigations of adsorption hysteresis and criticality in MCM-41: Studies with O-2, Ar, and CO2

MCM-41 materials of six different pore diameters were prepared and characterized using X-ray diffraction, transmission electron microscopy, helium pycnometry, small-angle neutron scattering, and gas adsorption (argon at 77.4 and 87.4 K, nitrogen and oxygen at 77.4 K, and carbon dioxide at 194.6 K). A recent molecular continuum model of the authors, previously used for adsorption of nitrogen at 77.4 K, was applied here for adsorption of argon, oxygen, and carbon dioxide. While model predictions of single-pore adsorption isotherms for argon and oxygen are in satisfactory agreement with experimental data, significant deviation was found for carbon dioxide, most likely due to its high quadrupole moment. Predictions of critical pore diameter, below which reversible condensation occurs: were possible by the model and found to be consistent with experimental estimates, for the adsorption of the various gases. On the other hand, existing models such as the Barrett-Joyner-Halenda (BJH), Saito-Foley, and Dubinin-Astakhov models were found to be inadequate, either predicting an incorrect pore diameter or not correlating the isotherms adequately. The wall structure of MCM-41 appears to be close to that of amorphous silica, as inferred from our skeletal density measurements.

Novel molecular sieve silica (MSS) membranes: characterisation and permeation of single-step and two-step sol-gel membranes

High quality MSS membranes were synthesised by a single-step and two-step catalysed hydrolyses employing tetraethylorthosilicate (TEOS), absolute ethanol (EtOH), I M nitric acid (HNO3) and distilled water (H2O). The Si-29 NMR results showed that the two-step xerogels consistently had more contribution of silanol groups (Q(3) and Q(2)) than the single-step xerogel. According to the fractal theory, high contribution of Q(2) and Q(3) species are responsible for the formation of weakly branched systems leading to low pore volume of microporous dimension. The transport of diffusing gases in these membranes is shown to be activated as the permeance increased with temperature. Albeit the permeance of He for both single-step and two-step membranes are very similar, the two-step membranes permselectivity (ideal separation factor) for He/CO2 (69-319) and He/CH4 (585-958) are one to two orders of magnitude higher than the single-step membranes results of 2-7 and 69, respectively. The two-step membranes have high activation energy for He and H-2 permeance, in excess of 16 kJ mol(-1). The mobility energy for He permeance is three to six-fold higher for the two-step than the single-step membranes. As the mobility energy is higher for small pores than large pores and coupled with the permselectivity results, the two-step catalysed hydrolysis sol-gel process resulted in the formation of pore sizes in the region of 3 Angstrom while the single-step process tended to produce slightly larger pores. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Estudos de absorção de CO2 com soluções aminadas

A absorção química de dióxido de carbono (CO2) através de soluções aquosas de aminas tem sido estudada nos últimos anos devido à preocupação ambiental face ao aquecimento global. Nestes estudos, foram tidos como principais objectivos a realização de ensaios preliminares de absorção e desabsorção de CO2 em soluções aquosas de aminas bem como a construção de uma instalação piloto para a mesma finalidade. Inicialmente, a nível laboratorial, procedeu-se à absorção de CO2 através de soluções aquosas de aminas. As aminas utilizadas nestes estudos foram a monoetanolamina (MEA), etilenodiamina (EDA), 1,6- hexanodiamina (HDA) e piperazina anidra (PZ). A absorção de CO2 através destas aminas foi realizada experimentalmente às condições normais de pressão e temperatura. A concentração das soluções aquosas foi de 20% em massa de cada amina. Foram também realizados estudos de regeneração das soluções aquosas de aminas saturadas de CO2 em banho de glicerina, para determinar as condições de regeneração. Para além disso, observou-se o estado físico das aminas no estado puro até saturação com CO2 para garantir a não ocorrência de danos a nível de entupimento numa posterior utilização na instalação piloto. Por fim, voltaram-se a repetir todos estes ensaios experimentais utilizando-se, em vez da água destilada, um solvente polar aprótico, dimetilsulfóxido (DMSO). Numa segunda fase destes estudos, a absorção de CO2 através de soluções aquosas de aminas foi investigada experimentalmente numa instalação piloto. O objectivo era utilizar nesta fase do estudo as mesmas aminas utilizadas nos ensaios preliminares mas uma vez que não se dispunha das quantidades necessárias de aminas e para a sua aquisição teria que se despender bastante tempo e dinheiro, utilizaram-se duas soluções aquosas de alcanolaminas. As alcanolaminas utilizadas no presente estudo foram a amina secundária dietanolamina (DEA) e a amina terciária N-metildietanolamina (MDEA), duas aminas amplamente utilizadas nas indústrias químicas e petroquímicas para a purificação dos gases de combustão. A absorção de CO2 através destas duas alcanolaminas foi realizada experimentalmente às condições normais de pressão e temperatura. As concentrações das soluções aquosas foram de (10, 20 e 30) % em massa de MDEA e de DEA. O processo de adição de cloreto de bário (BaCl2.2H2O) às alcanolaminas ajuda à formação de carbonato de bário, quando o CO2 passa através da solução de alcanolamina. A quantidade de carbonato de bário formado foi utilizado para determinar a solubilidade do CO2 (mol CO2/mol alcanolamina). O principal desafio na captura de CO2 dos gases de combustão é o de reduzir o consumo de energia necessária para a regeneração do solvente. Deste modo, foram também realizados estudos de regeneração das soluções de alcanolaminas saturadas, para determinar as condições de regeneração. Os resultados obtidos, a nível laboratorial, revelaram que uma amina secundária (PZ) e uma amina primária de cadeia longa (HDA) são mais favoráveis ao processo de absorção e regeneração de CO2. No entanto, e devido a essa mesma estrutura molecular, necessitam de maiores valores de temperaturas para desabsorver o CO2. Garantiu-se poder trabalhar com as quatro aminas no estado puro em estudos futuros, na instalação piloto, garantindo que não ocorrerão danos a nível de entupimento. Relativamente ao solvente utilizado concluiu-se que um solvente polar aprótico não é um solvente favorável para estes estudos. Os resultados obtidos, na instalação piloto, revelaram que a amina terciária, MDEA, consegue absorver maiores quantidades de CO2 do que a amina secundária, EDA, bem como é a mais fácil de regenerar com menor perda de capacidade de absorção do que a EDA.