Vol. 33 Núm. 1 (2020): Revista ION
Artículos

Nanoadsorbentes para captura de dióxido de carbono (CO2): un enfoque a la purificación del biogás

PDF
  • Alexander Muñoz-Muñoz,
  • Omar Yesid Moreno-Moreno,
  • Liliana del Pilar Castro-Molano,
  • Humberto Escalante-Hernandez,
  • Santiago Céspedes-Zuluaga,
  • Karol Zapata-Acosta,
  • Farid Cortés-Correa
Alexander Muñoz-Muñoz
Grupo de Investigación en Tecnologías de Valorización de Residuos y Fuentes Agrícolas e Industriales para la Sustentabilidad Energética (INTERFASE), Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander
Omar Yesid Moreno-Moreno
Grupo de Investigación en Tecnologías de Valorización de Residuos y Fuentes Agrícolas e Industriales para la Sustentabilidad Energética (INTERFASE), Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander
Liliana del Pilar Castro-Molano
Grupo de Investigación en Tecnologías de Valorización de Residuos y Fuentes Agrícolas e Industriales para la Sustentabilidad Energética (INTERFASE), Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander
Humberto Escalante-Hernandez
Grupo de Investigación en Tecnologías de Valorización de Residuos y Fuentes Agrícolas e Industriales para la Sustentabilidad Energética (INTERFASE), Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander
Santiago Céspedes-Zuluaga
Grupo de Investigación en Fenómenos de Superficie – Michael Polanyi, Departamento de Procesos y Energía, Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia
Karol Zapata-Acosta
Grupo de Investigación en Fenómenos de Superficie – Michael Polanyi, Departamento de Procesos y Energía, Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia
Biografía
Farid Cortés-Correa
Grupo de Investigación en Fenómenos de Superficie – Michael Polanyi, Departamento de Procesos y Energía, Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia
Biografía
DOI: https://doi.org/10.18273/revion.v33n1-2020006

Publicado 2020-06-30

Palabras clave

  • Nanopartículas de Sílice,
  • Adsorción de CO2,
  • Purificación de Biogás

Cómo citar

Muñoz-Muñoz, A., Moreno-Moreno, O. Y., Castro-Molano, L. del P., Escalante-Hernandez, H., Céspedes-Zuluaga, S., Zapata-Acosta, K., & Cortés-Correa, F. (2020). Nanoadsorbentes para captura de dióxido de carbono (CO2): un enfoque a la purificación del biogás. Revista ION, 33(1), 57–66. https://doi.org/10.18273/revion.v33n1-2020006
Aviso de derechos de autor/a

Resumen

En los últimos años, la producción de biogás en biodigestores domésticos ha tenido un creciente desarrollo, siendo empleado en zonas rurales principalmente para iluminar y calentar. Sin embargo, la presencia de CO2 reduce considerablemente el poder calorífico del biogás, lo cual genera disminución en la eficiencia térmica, lo que hace necesaria la remoción de este componente para mejorar la calidad del gas y aumentar sus posibilidades de aplicación como combustible. En este trabajo se evaluó la capacidad de adsorción de CO2 de nanopartículas de sílice y sílice pirogénica comercial Aerosil 380 funcionalizadas con aminas. Las nanopartículas de sílice se prepararon mediante el método sol-gel usando como precursor de silicio tetraetil ortosilicato (TEOS). Los materiales se funcionalizaron mediante impregnación húmeda con 15 y 30 %p de dietanolamina y etilendiamina. Las pruebas de caracterización permitieron determinar el tamaño de nanopartícula (TEM), área superficial (BET), estabilidad térmica (TGA) y composición química (FTIR) de las nanoestructuras, y relacionar dichas propiedades con la afinidad por el adsorbato. Los ensayos de adsorción de CO2 se realizaron a una temperatura de 30 °C bajo un flujo de 60 mLmin-1 de CO2 a una presión de 20 psi. Los materiales basados en sílice pirogénica Aerosil 380 obtuvieron una mayor capacidad de adsorción comparados con los materiales de nanopartículas de sílice sintetizadas, y se obtuvo la mayor capacidad de adsorción (35,4 mg/g) para la muestra impregnada al 30 % p/p de dietanolamina, que además puede adsorber CO2 en presencia de humedad.

PDF

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Referencias

[1] Maile OI, Tesfagiorgis H, Muzenda E. The potency of monoethanolamine in biogas purification and upgrading. South African J. Chem. Eng. 2017;24:122-27.

[2] Navarro-Puyelo A, Reyero I, Moral A, Bimbela F, Gandía LM. Rutas y retos para la valorización de biogás. Av. Investig. en Ing. 2017;14(1):211-24.

[3] Panuena M, Pascualino J. Potencial de Uso de Biogás en Colombia. Teknos. 2014;14(2):27-33.

[4] Rasi S, Veijanen A, Rintala J. Trace compounds of biogas from different biogas production plants. Energy. 2007;32(8):1375-80.

[5] Awe OW, Zhao Y, Nzihou A, Minh DP, Lyczko N. A Review of Biogas Utilisation, Purification and Upgrading Technologies. Waste and Biomass Valorization. 2017;8(2):267-83.

[6] Angelidaki I, Treu L, Tsapekos P, Luo G, Campanaro S, Wenzel H, Kougias PG. Biogas upgrading and utilization: Current status and perspectives Biotechnol. 2018;36(2):452-66.

[7] Bharathiraja B, Sudharsana T, Jayamuthunagai J, Praveenkumar R, Chozhavendhan S, Lyyappan J. Biogas production – A review on composition, fuel properties, feed stock and principles of anaerobic digestion. Renew. Sustain. Energy Rev. Eng. 2018;90(C):570-82.

[8] Zanganeh KE, Shafeen A, Salvador C. CO2 Capture and Development of an Advanced Pilot-Scale Cryogenic Separation and Compression Unit. Energy Procedia. 2009;1(1):247-52.

[9] Knapik E, Kosowski P, Stopa J. Cryogenic liquefaction and separation of CO2 using nitrogen removal unit cold energy. Chem. Eng. Res. Des. 2018;131:66-79.

[10] Chue KT, Kim JM, Yoo YJ, Cho SH, Yang RT. Comparison of Activated Carbon and Zeolite 13X for CO2 Recovery from Flue Gas by Pressure Swing Adsorption. Ind. Eng. Chem. Res. 1995;34(2):591-98.

[11] Ko D, Siriwardane R, Biegler LT. Optimization of a pressure-swing adsorption process using zeolite 13X for CO2 sequestration. Ind. Eng. Chem. Res. 2003;42(2):339-48.

[12] Brunetti A, Scura F, Barbieri G, Drioli E. Membrane technologies for CO2 separation. J Memb Sci. 2010;359(1–2):115–25.

[13] Deng L, Hägg MB. Techno-economic evaluation of biogas upgrading process using CO2 facilitated transport membrane. Int J Greenh Gas Control. 2010; 4(4):638–46.

[14] Abdeen FRH, Mel M, Jami MS, Ihsan SI, Ismail AF. A review of chemical absorption of carbon dioxide for biogas upgrading. Chinese J Chem Eng. 2016;24(6):693–702.

[15] Maile OI, Muzenda E, Tesfagiorgis H. Chemical Absorption of Carbon Dioxide in Biogas Purification. Procedia Manuf. 2017;7:639–46.

[16] Yoosuk B, Wongsanga T, Prasassarakich P. CO2 and H2S binary sorption on polyamine modified fumed silica. Fuel. 2016;168:47–53.

[17] Meth S, Goeppert A, Prakash GKS, Olah GA. Silica nanoparticles as supports for regenerable CO2 sorbents. Energy and Fuels. 2012;26(5):3082–90.

[18] Goeppert A, Czaun M, May RB, Prakash GKS, Olah GA, Narayanan SR. Carbon dioxide capture from the air using a polyamine based regenerable solid adsorbent. J Am Chem Soc. 2011;133(50):20164–67.

[19] Belmabkhout Y, Sayari A. Effect of pore expansion and amine functionalization of mesoporous silica on CO2 adsorption over a wide range of conditions. Adsorption. 2009;15(3):318–28.

[20] Liu X, Zhou L, Fu X, Sun Y, Su W, Zhou Y. Adsorption and regeneration study of the mesoporous adsorbent SBA-15 adapted to the capture/separation of CO2 and CH4. Chem Eng Sci. 2007;62(4):1101–10.

[21] Chatti R, Bansiwal AK, Thote JA, Kumar V, Jadhav P, Lokhande SK, et al. Amine loaded zeolites for carbon dioxide capture: Amine loading and adsorption studies. Microporous Mesoporous Mater. 2009;121(1–3):84–89.

[22] Hakim A, Abu Tahari MN, Sharifah Marliza T, Wan Isahak WNR, Rahimi Yusop M, Mohamed Hisham MW. Study of CO2 adsorption and desorption on activated carbon supported iron oxide by temperature programmed desorption. J Teknol. 2015;77(33):75–84.

[23] Vivo-Vilches JF, Pérez-Cadenas AF, Maldonado-Hódar FJ, Carrasco-Marín F, Regufe MJ, Ribeiro AM, et al. Resorcinol–formaldehyde carbon xerogel as selective adsorbent of carbon dioxide present on biogas. Adsorption. 2018;24(2):169–77.

[24] Yue MB, Sun LB, Cao Y, Wang Y, Wang ZJ, Zhu JH. Efficient CO2 capturer derived from As-synthesized MCM-41 modified with amine. Chem - A Eur J. 2008;14(11):3442–51.

[25] Chen Q, Fan F, Long D, Liu X, Liang X, Qiao W, et al. Poly(ethyleneimine)-loaded silica monolith with a hierarchical pore structure for H2S adsorptive removal. Ind Eng Chem Res. 2010;49(22):11408–414.

[26] Wang L, De Cui F, Sunada H. Preparation and evaluation of solid dispersions of nitrendipine prepared with fine silica particles using the melt-mixing method. Chem Pharm Bull. 2006;54(1):37–43.

[27] Jaiboon V, Yoosuk B, Prasassarakich P. Amine modified silica xerogel for H2S removal at low temperature. Fuel Process Technol [Internet]. 2014;128:276–82.

[28] Zheng F, Tran DN, Busche BJ, Fryxell GE, Addleman RS, Zemanian TS, et al. Ethylenediamine-modified SBA-15 as regenerable CO2 sorbent. Ind Eng Chem Res. 2005;44(9):3099–105.

[29] Betancur S. Desarrollo de nanopartículas basadas en sílice para la inhibición de la precipitación/depositación de asfaltenos (tesis de maestria). Medellín, Colombia: Universidad Nacional de Colombia; 2015.

[30] Zhao P, Zhang G, Sun Y, Xu Y. CO2Adsorption Behavior and Kinetics on Amine-Functionalized Composites Silica with Trimodal Nanoporous Structure. Energy and Fuels. 2017;31(11):12508–20.

[31] Kamarudin KSN, Alias N. Adsorption performance of MCM-41 impregnated with amine for CO2 removal. Fuel Processing Technology. 2013;106:332–37.

[32] Ünveren EE, Monkul BÖ, Sarıoğlan Ş, Karademir N, Alper E. Solid amine sorbents for CO2 capture by chemical adsorption: A review. 2017;3(1):37–50.