Operando Raman spectroscopic studies of lithium zirconates during CO<sub>2</sub> capture at high temperature

Peltzer, Diana; Múnera, John; Cornaglia, Laura María

doi:10.1039/c5ra21970a

Cited by 42 publications

(20 citation statements)

References 25 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Our XRD and XPS analysis suggests the formation of lithium carbonate layer on the surface of NWs after the carbon dioxide adsorption, consistent with lithiumbased solid sorbent materials tested in the past. 21,25 NWs are suitable for capturing carbon dioxide efficiently at temperatures higher than 400 °C with exceptional performance in the temperature range of 680−715 °C. However, for temperatures lower than 100 °C, the CO 2 capturing capacity is very low, and the weight increment in the material was not more than 1%.…”

Section: Nano Lettersmentioning

confidence: 99%

Low-Temperature and Fast Kinetics for CO₂ Sorption Using Li₆WO₆ Nanowires

et al. 2018

View full text Add to dashboard Cite

In this paper, lithium hexaoxotungstate (LiWO) nanowires were synthesized via facile solid-state reaction and were tested for CO capture applications at both low (<100 °C) and high temperatures (>700 °C). Under dry conditions, the nanowire materials were able to capture CO with a weight increment of 12% in only 60 s at an operating temperature of 710 °C. By contrast, under humidified ambience, LiWO nanowires capture CO with weight increment of 7.6% at temperatures as low as 30-40 °C within a time-scale of 1 min. It was observed that the CO chemisorption in LiWO is favored in the oxygen ambience at higher temperatures and in the presence of water vapor at lower temperatures. Nanowire morphology favors the swift lithium supply to the surface of lithium-rich LiWO, thereby enhancing the reaction kinetics and lowering time scales for high capacity adsorption. Overall, high chemisorption capacities, superfast reaction kinetics, wide range of operating temperatures, and reasonably good recyclability make 1-D LiWO materials highly suitable for various CO capture applications.

show abstract

Section: Nano Lettersmentioning

confidence: 99%

Low-Temperature and Fast Kinetics for CO₂ Sorption Using Li₆WO₆ Nanowires

et al. 2018

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…In situ Raman spectroscopy of various modified lithium zirconates [528] was able to directly observe the formation of molten carbonates during carbonation at 500 °C through the observation of a shift in wavenumbers for the CO3 2stretching band. In the case of K-doped lithium zirconate the co-existence of a molten Li-K carbonate eutectic, alongside Li2CO3 in the solid phase was observed.…”

Section: Infrared and Raman Spectroscopymentioning

confidence: 99%

“…The unique advantage of Raman spectroscopy, its ability to distinguish between solid and molten phases, is clearly displayed in the data: The two peaks at 1064 and 1084 cm -1 that appear during carbonation indicate the formation of a molten K2CO3-Li2CO3 mixture and solid Li2CO3, respectively. Figure reproduced with permission from[528], copyright (2016) The Royal Society of Chemistry.…”

mentioning

confidence: 99%

CO2 capture using solid sorbents: Fundamental aspects, mechanistic insights and recent advances

Dunstan¹,

Donat²,

Bork³

et al. 2021

Preprint

View full text Add to dashboard Cite

Carbon dioxide capture and mitigation forms a key part of the technological response to combat climate change and reduce CO2 emissions. Solid materials capable of reversibly absorbing CO2 have been the focus of intense research for the past two decades, promising stability and low energy costs to implement and operate compared to the more widely used liquid amines. In this Review, we explore the fundamental aspects underpinning solid CO2 sorbents based on alkali and alkaline earth metal oxides operating at mid- to high temperature: how their structure, chemical composition and morphology impact their performance and long-term use. Various optimization strategies are outlined to improve upon the most promising materials, and we combine recent advances across disparate scientific disciplines including materials discovery, synthesis, and in situ characterization to present a coherent understanding of the mechanisms of CO2 absorption both at surfaces and within solid materials.

show abstract

“…DEVELOPMENT OF CAO-BASED CO2 SORBENTS Bench-scale evaluation of Ca-Zr-CA-66 under Carbonate Looping conditions147 …”

mentioning

confidence: 99%

“…The resulting materials however often present relatively large particles and poor porosity, leading to limited capacity and slow kinetics for CO 2 capture. Great efforts have been made to develop other synthesis routes, such as sol-gel methods at lower temperatures, wet impregnation, soft-chemistry, reverse micelles methods and surfactant-template routes using soluble salts to ensure homogeneous mixing of the substances on atomic level[146][147][148][149][150][151][152][153][154][155][156][157][158][159] .For instance, Xiao et al[150] proposed a sol-gel method using citric acid as a combustion agent in order to prepare Li2 ZrO 3 . The performance of the sol-gel derived Li 2 ZrO 3 sorbent was compared to two Li 2 ZrO 3 samples prepared liquid-phase and co-precipitation methods.…”

mentioning

confidence: 99%

Εντατικοποίηση Της Ροφητικά Ενισχυμένης Ατμοαναμόρφωσης Μεθανίου Για Την Παραγωγή Υδρογόνου Υψηλής Καθαρότητας

Αντζάρα¹

View full text Add to dashboard Cite

Η ατμοαναμόρφωση του μεθανίου αποτελεί τη κυρίαρχη τεχνολογία για την παραγωγή υδρογόνου. Παρά το γεγονός ότι είναι μια ώριμη διεργασία, παραμένει ιδιαίτερα ενεργοβόρα, περιλαμβάνοντας πολλαπλά στάδια και δυσμενείς συνθήκες λειτουργίας. Κρίνεται λοιπόν αναγκαία η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για παραγωγή υδρογόνου μεγάλης κλίμακας με υψηλές αποδόσεις, χαμηλές ενεργειακές απαιτήσεις και χαμηλό αποτύπωμα άνθρακα. Για την επίτευξη αυτού το στόχου, η εντατικοποίηση των διεργασιών θεωρείται ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η ανάπτυξη μιας καινοτόμου διεργασίας αναμόρφωσης, συνδυάζοντας την in–situ δέσμευση του παραγόμενου CO2 και την τεχνολογία της χημικής ανάδρασης. Η Ροφητικά Ενισχυμένη Ατμοαναμόρφωση του Μεθανίου με Χημική Ανάδραση (SE–CL–SMR) παρέχει μία εναλλακτική διαδρομή για την μετατροπή του μεθανίου απευθείας σε Η2 υψηλής καθαρότητας με μειωμένες θερμικές απαιτήσεις. Προκειμένου να αντιμετωπιστούν σημαντικά εμπόδια για την εξασφάλιση της επίδειξης της προτεινόμενης διεργασίας, διερευνήθηκαν συστηματικά μέσω μιας σειράς ερευνητικών δραστηριοτήτων διάφορες πτυχές της διεργασίας, συμπεριλαμβανομένων θερμοδυναμικών υπολογισμών, ανάπτυξης υλικών και αξιολόγησής τους σε εργαστηριακή κλίμακα. Αρχικά πραγματοποιήθηκε μια συστηματική θερμοδυναμική μελέτη της προτεινόμενης διεργασίας για να προσδιοριστούν τα βέλτιστα όρια των λειτουργικών παραμέτρων. Οι θερμοδυναμικοί υπολογισμοί κατέδειξαν τα πλεονεκτήματα της SE-CL-SMR, επιβεβαιώνοντας ότι η συνδυασμένη διεργασία μπορεί να οδηγήσει σε παραγωγή Η2 υψηλή καθαρότητας με μειωμένες ενεργειακές απαιτήσεις συγκριτικά με τη συμβατική ατμοαναμόρφωση. Οι εκτεταμένες ερευνητικές δραστηριότητες που πραγματοποιήθηκαν για την ανάπτυξη και αξιολόγηση υλικών, οδήγησαν στην επιλογή των βέλτιστων ροφητικών υλικών CO2 βασισμένα στο CaO και υλικών μεταφοράς οξυγόνου που βασίζονται στο NiO για την εφαρμογή τους στη προτεινόμενη διεργασία. Πραγματοποιήθηκε ανάπτυξη ενισχυμένων ροφητικών βασισμένα στο CaO που παρουσιάζουν σημαντική σταθερότητα. Μεταξύ των διαφόρων ενισχυτών που μελετήθηκαν, η Al2O3 και η ZrO2 οδήγησαν στο σχηματισμό ιδιαίτερα σταθερών υλικών ακόμα και μετά από 100 κύκλους. Η βελτιωμένη σταθερότητα των υλικών αυτών αποδόθηκε στην αλληλεπίδραση μέρους του CaO με τα αδρανή οξείδια προς το σχηματισμό των μικτών φάσεων Ca3Al2O6 και CaZrO3. Το πλέον υποσχόμενο ροφητικό, CaO/CaZrO3, δοκιμάστηκε σε κύκλους ρόφησης/εκρόφησης σε μονάδα εργαστηριακής κλίμακας με αντιδραστήρες σταθερής ή ρευστοστερεάς κλίνης, με το υλικό να παρουσιάζει υψηλή μετατροπή ενανθράκωσης υπό όλες τις συνθήκες που ερευνήθηκαν. Όσον αφορά τα υλικά μεταφοράς οξυγόνου βασισμένα στο NiO, τα διάφορα υποστρώματα έδειξαν σημαντική επίδραση, τόσο στη αναγωγή του NiO όσο και στην εκλεκτικότητα προς παραγωγή Η2. Η μελέτη των υλικών στη συμβατική ατμοαναμόρφωση έδειξε ότι το ανηγμένο NiO υποστηριγμένο σε ZrO2, CeO2/ZrO2/La2O3, CeO2/ZrO2, Al2O3, NiAl2O4 ή MgAl2O4 εμφανίζει ικανοποιητική δραστικότητα στους 650°C. Τα πλέον υποσχόμενα υλικά δοκιμάσθηκαν περαιτέρω σε συνθήκες ατμοαναμόρφωσης μεθανίου με χημική ανάδραση για 20 συνεχόμενες κύκλους οξειδοαναγωγής. Μεταξύ των εξεταζόμενων υλικών, το NiO/ZrO2 επέδειξε καλή δραστηριότητα με υψηλή αρχική μετατροπή CH4 (>80%) και ελάχιστη απενεργοποίηση μετά από 20 κύκλους οξειδοαναγωγής.Τα υλικά αξιολογήθηκαν κάτω από τις βέλτιστες συνθήκες της προτεινόμενης διεργασίας, παρέχοντας πειραματικά την επίδειξη της SE-CL-SMR. Περαιτέρω, διεξήχθη εκτενής παραμετρική ανάλυση για να εξασφαλιστεί ότι είναι εφικτή η παραγωγή υδρογόνου υψηλής καθαρότητας (έως και 99%) με μειωμένες ενεργειακές απαιτήσεις. Η λειτουργία της διεργασίας αποδείχθηκε περαιτέρω με κυκλικά πειράματα. Τα υλικά επέδειξαν εξαιρετική σταθερότητα χωρίς υποβάθμιση της απόδοσης τους για 30 κύκλους, που αντιστοιχούν σε περισσότερο από 30 ώρες σε συνθήκες αντίδρασης. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από αυτή την παρούσα διατριβή αναμένεται να προωθήσουν σημαντικά την πρόοδο προς την μελλοντική εφαρμογή της προτεινόμενης διεργασίας.

show abstract

Operando Raman spectroscopic studies of lithium zirconates during CO₂ capture at high temperature

Abstract: Operando Raman spectroscopy allowed following up the phase evolution for K-doped lithium zirconates during the CO2 capture process.

Cited by 42 publications

References 25 publications

Low-Temperature and Fast Kinetics for CO₂ Sorption Using Li₆WO₆ Nanowires

Low-Temperature and Fast Kinetics for CO₂ Sorption Using Li₆WO₆ Nanowires

CO2 capture using solid sorbents: Fundamental aspects, mechanistic insights and recent advances

Εντατικοποίηση Της Ροφητικά Ενισχυμένης Ατμοαναμόρφωσης Μεθανίου Για Την Παραγωγή Υδρογόνου Υψηλής Καθαρότητας

Contact Info

Product

Resources

About

Operando Raman spectroscopic studies of lithium zirconates during CO2 capture at high temperature

Abstract: Operando Raman spectroscopy allowed following up the phase evolution for K-doped lithium zirconates during the CO2 capture process.

Cited by 42 publications

References 25 publications

Low-Temperature and Fast Kinetics for CO2 Sorption Using Li6WO6 Nanowires

Low-Temperature and Fast Kinetics for CO2 Sorption Using Li6WO6 Nanowires

CO2 capture using solid sorbents: Fundamental aspects, mechanistic insights and recent advances

Εντατικοποίηση Της Ροφητικά Ενισχυμένης Ατμοαναμόρφωσης Μεθανίου Για Την Παραγωγή Υδρογόνου Υψηλής Καθαρότητας

Contact Info

Product

Resources

About

Operando Raman spectroscopic studies of lithium zirconates during CO₂ capture at high temperature

Low-Temperature and Fast Kinetics for CO₂ Sorption Using Li₆WO₆ Nanowires

Low-Temperature and Fast Kinetics for CO₂ Sorption Using Li₆WO₆ Nanowires