Direct air capture of CO2 by metal cation‐exchanged LTA zeolites: Effect of the charge‐to‐size ratio of cations

化学 吸附剂 吸附 金属 分析化学(期刊) 化学工程 色谱法 物理化学 有机化学 工程类
作者
Zeyu Tao,Yuanmeng Tian,Sze Yiu Ou,Qinfen Gu,Jin Shang
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
卷期号:69 (8) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/aic.18139
摘要

Abstract Direct air capture of CO 2 (DAC) has been increasingly recognized as a promising carbon‐negative technology. The challenge in deploying energy‐efficient DAC lies in effective sorbent materials. In this research, we comprehensively investigated the DAC behavior of LTA zeolites exchanged with different metal cations (Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Y 3+ , La 3+ , Ce 3+ , Eu 3+ , Tb 3+ , and Yb 3+ ) by both static single‐component gas adsorption and dynamic mixture gas adsorptive separation tests. We found that a large charge‐to‐size ratio of cations is critical to imparting a high DAC capacity of LTA zeolites, which is ascribed to the enhanced electrostatic interaction and/or π‐back bonding toward CO 2 . Meanwhile, a detrimental effect is associated with an excessively large charge‐to‐size ratio, that is, a significant “shielding effect” of (pre‐) adsorbed contaminants (e.g., H 2 O and CO 2 ) on cations (e.g., Mn 2+ and Mg 2+ ) reduce the accessible CO 2 capacity. Ca‐LTA featuring Ca 2+ with an appropriate charge‐to‐size ratio exhibits the highest DAC capacity (350 ppm CO 2 in the air, 1.20 mmol/g) with fast kinetics and good reusability. These results provide valuable insights for the design of zeolites‐based physisorbents for DAC.
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