Клеточная модель адсорбции в микропорах. Часть 6: Критерий P* для десяти CO₂ - сорбентов - классификация и рабочие ёмкости

Павел Игоревич Рыбаков

ПРЕПРИНТ

Эта статья является препринтом и не была отрецензирована.
О результатах, изложенных в препринтах, не следует сообщать в СМИ как о проверенной информации.

Клеточная модель адсорбции в микропорах. Часть 6: Критерий P* для десяти CO₂ - сорбентов - классификация и рабочие ёмкости

П. И. Рыбаков

2026-03-18

https://doi.org/10.24108/preprints-3114717

Критерий давления кроссовера P* систематически применён к десяти CO₂-сорбентам: цеолитам (13X, 5A, NaY), металл-органическим каркасам (Mg-MOF-74, HKUST-1, UiO-66, UiO-66-NH₂, SIFSIX-3-Ni) и активированным углям (Norit R1 Extra, Maxsorb). Показано, что x* = argmax Var(x) является структурной характеристикой клетки и не зависит от температуры; P*(T) подчиняется аналитической формуле через энергию адсорбции E. Материалы разделены на четыре класса по значению P*. Для каждого материала рассчитаны рабочие ёмкости в четырёх сценариях, введён критерий эффективности вакуумной регенерации η_вак и температура нагревного кроссовера T*. В линейном режиме прямого захвата из воздуха условие q_400ppm > 0.5 ммоль/г требует P*(298 K) < 1 кПа.

Ссылка для цитирования:

Рыбаков П. И. 2026. Клеточная модель адсорбции в микропорах. Часть 6: Критерий P* для десяти CO₂ - сорбентов - классификация и рабочие ёмкости. PREPRINTS.RU. https://doi.org/10.24108/preprints-3114717

Список литературы

1. Cavenati, S.; Grande, C. A.; Rodrigues, A. E. Adsorption Equilibrium of Methane, Carbon Dioxide, and Nitrogen on Zeolite 13X at High Pressures. J. Chem. Eng. Data 2004, 49 (4), 1095–1101. DOI: 10.1021/je0498917.

2. Mason, J. A.; Sumida, K.; Herm, Z. R.; Krishna, R.; Long, J. R. Evaluating Metal–Organic Frameworks for Post-Combustion Carbon Dioxide Capture via Temperature Swing Adsorption. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (8), 3030–3040. DOI: 10.1039/C1EE01720A.

3. Wedler, C.; Ferre, A.; Azzan, H.; Danaci, D.; Petit, C.; Pini, R. Binary Adsorption Equilibria of Three CO₂ + CH₄ Mixtures on NIST Reference Zeolite Y (RM 8850) at Temperatures from 298 to 353 K and Pressures up to 3 MPa. J. Chem. Eng. Data 2024, 69 (11), 4216–4229. DOI: 10.1021/acs.jced.4c00358.

4. Peng, D.-Y.; Robinson, D. B. A New Two-Constant Equation of State. Ind. Eng. Chem. Fundamen. 1976, 15 (1), 59–64. DOI: 10.1021/i160057a011.

5. Myers, A. L.; Prausnitz, J. M. Thermodynamics of Mixed-Gas Adsorption. AIChE J. 1965, 11 (1), 121–127. DOI: 10.1002/aic.690110125.

6. Zarei Mohammadabad, M.; Moeinaddini, M.; Nowrouzi, M.; Rafiee, R.; Abbasi, A. Facile and Cost-Efficient Synthesis of Highly Efficient CO₂ Adsorbents: A Pathway Towards a Green Environment. J. Porous Mater. 2020, 27, 1659–1668. DOI: 10.1007/s10934-020-00945-6.

7. Cao, Y.; Zhao, Y.; Lv, Z.; Song, F.; Zhong, Q. Preparation and Enhanced CO₂ Adsorption Capacity of UiO-66/Graphene Oxide Composites. J. Ind. Eng. Chem. 2015, 27, 102–107. DOI: 10.1016/j.jiec.2014.12.021.

8. Luu, C. L.; Nguyen, T. T. V.; Nguyen, T.; Hoang, T. C. Synthesis, Characterization and Adsorption Ability of UiO-66-NH₂. Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 2015, 6 (2), 025004. DOI: 10.1088/2043-6262/6/2/025004.

9. Cao, Y.; Zhang, H.; Song, F.; Huang, T.; Ji, J.; Zhong, Q.; Chu, W.; Xu, Q. UiO-66-NH₂/GO Composite: Synthesis, Characterization and CO₂ Adsorption Performance. Materials 2018, 11 (4), 589. DOI: 10.3390/ma11040589.

10. Kazemi, A.; et al. Enhanced CO₂ Capture Potential of UiO-66-NH₂ Synthesized by Sonochemical Method: Experimental Findings and Performance Evaluation. Sci. Rep. 2023, 13, 19891. DOI: 10.1038/s41598-023-47221-6.

11. Khoramzadeh, E.; Mofarahi, M.; Lee, C.-H. Equilibrium Adsorption Study of CO₂ and N₂ on Synthesized Zeolites 13X, 4A, 5A, and Beta. J. Chem. Eng. Data 2019, 64 (12), 5648–5664. DOI: 10.1021/acs.jced.9b00690.

12. Dreisbach, F.; Staudt, R.; Keller, J. U. High Pressure Adsorption Data of Methane, Nitrogen, Carbon Dioxide and Their Binary and Ternary Mixtures on Activated Carbon. Adsorption 1999, 5, 159–167. DOI: 10.1023/A:1008927301512.

13. Saha, D.; Bao, Z.; Jia, F.; Deng, S. Adsorption of CO₂, CH₄, N₂O, and N₂ on MOF-5, MOF-177, and Maxsorb Activated Carbon: A Comparative Study. J. Chem. Eng. Data 2015, 60 (6), 1686–1695. DOI: 10.1021/je501154r.

14. Khraisheh, M.; Almomani, F.; Walker, G. Solid Sorbents as a Retrofit Technology for CO₂ Removal from Natural Gas Under High Pressure and Temperature Conditions. Sci. Rep. 2020, 10, 269. DOI: 10.1038/s41598-019-57151-x.

15. Bahamon, D.; Díaz-Márquez, A.; Gamallo, P.; Vega, L. F. Energetic Evaluation of Swing Adsorption Processes for CO₂ Capture in Selected MOFs and Zeolites: Effect of Impurities. Chem. Eng. J. 2018, 342, 458–473. DOI: 10.1016/j.cej.2018.02.094.

16. Wilkins, N. S.; Sawada, J. A.; Rajendran, A. Measurement of Competitive CO₂ and H₂O Adsorption on Zeolite 13X for Post-Combustion CO₂ Capture. Adsorption 2020, 26 (5), 765–779. DOI: 10.1007/s10450-020-00199-3.

17. Jiao, Y.; Morelock, C. R.; Burtch, N. C.; et al. Tuning the Kinetic Water Stability and Adsorption Interactions of Mg-MOF-74 by Partial Substitution with Co or Ni. Ind. Eng. Chem. Res. 2015, 54, 12408–12414. DOI: 10.1021/acs.iecr.5b03843.

ПРЕПРИНТ

ИНФОРМАЦИЯ

Использование куки-файлов