Fundamental thermodynamic properties of sorbents for atmospheric water capture

吸附剂 吸附 解吸 吉布斯自由能 化学 重量分析 硅胶 纳米孔 热力学 活性炭 化学工程 材料科学 有机化学 色谱法 工程类 物理
作者
Ulrich Legrand,J. R. Sánchez,Richard Boudreault,Jean‐Luc Meunier,Pierre-Luc Girard Lauriault,Jason R. Tavares
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:431: 134058-134058 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.134058
摘要

The thermodynamic properties of various sorbents, namely carbon-based sorbents, silica gel and metal–organic frameworks (MOFs) were assessed and compared based on their adsorption isotherms at 25, 30 and 35 °C. The isotherms were measured in a custom-made and calibrated environmental chamber using a gravimetric method. Gibbs free energy demonstrated the spontaneity of the adsorption process and the hygroscopicity variation of the sorbents depending on their surface chemistry. The carbon-based sorbent, nanoporous sponges (NPS), and one of the MOFs, Cr-MIL-101, had lower sorbent-adsorbate interactions and thus had integral enthalpies converging rapidly to the heat of vaporization of pure water. As such, these samples would release less heat during an adsorption step with partial filling of the sorbent. Integral entropy showed that, for most of the environmental conditions, adsorbed water molecules had an entropy equivalent to pure water for most of the sorbent materials, except for silica gel, due to its higher energy sites and higher water-sorbent interactions. NPS and Cr-MIL-101 were shown to be entropically advantageous for the recovery/removal of water. Enthalpy and entropy can provide insight to select favorable conditions to perform adsorption–desorption cycles in a practical water capture system.
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