Layered Double Hydroxide Nanoparticles/Microparticles (Mg/Al = 2) as Adsorbents for Temperature Swing Adsorption: Effect of Particle Size on CO2 Gas Evolution Behavior

The Journal of Physical Chemistry C 128 巻 6 号 2435-2448 頁 2024-02-02 発行
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ファイル情報(添付)
JPhysChemC_128_2435.pdf 4.2 MB 種類 : 全文 エンバーゴ : 2025-02-02
タイトル ( eng )
Layered Double Hydroxide Nanoparticles/Microparticles (Mg/Al = 2) as Adsorbents for Temperature Swing Adsorption: Effect of Particle Size on CO2 Gas Evolution Behavior
作成者
Kawashimo Mio
Matsuda Kaito
Okumiya Ryuta
Iio Nana
Okuda Ayaka
Fukuzaki Ryota
収録物名
The Journal of Physical Chemistry C
128
6
開始ページ 2435
終了ページ 2448
抄録
Mg–Al layered double hydroxide (LDH, Mg/Al ≈ 2) nanoparticles/microparticles with systematically controlled sizes were prepared using a hydrothermal method, and their performance as CO2 adsorbents for temperature swing adsorption (TSA) cycling was investigated. During continuous heating, gas evolution occurred in three distinct steps for all samples. During the second step of the multistep structural transformations (i.e., partial dehydroxylation of the layers followed by the coordination of carbonate ions to the metal ions), relatively large amounts of CO2 were evolved without the collapse of the layered crystal structure, whereas most of the interlayer CO32– ions were retained in the interlayer spaces. The amount of CO2 evolution increased as the particle size decreased. Subsequently, the amount of CO2 desorption was measured over repeated TSA cycles in the temperature range 463–603 K. All samples exhibited considerable CO2 desorption capacities, wherein water vapor enhanced the performance. In situ Fourier transform infrared spectroscopy revealed that the adsorption–desorption cycles were almost reversible. A slight change in the interlayer distance detected by in situ X-ray diffraction suggested that the insertion and removal of some carbonate species partly occurred in the interlayer spaces of the LDHs. The present study indicates the potential of LDH nanoparticles/microparticles for TSA adsorbents.
内容記述
This work was partly supported by JSPS KAKENHI (Grants JP18H01709, JP23H00236, JP22H05143, and JP23KJ1624), JST ACT-C (Grant JPMJCR12Y2), JST the establishment of university fellowships towards the creation of science technology innovation (Grant JPMJFS2129), and the JST-Mirai Program (Grant JPMJMI22E3).
言語
英語
資源タイプ 学術雑誌論文
出版者
American Chemical Society
発行日 2024-02-02
権利情報
This document is the Accepted Manuscript version of a Published Work that appeared in final form in The Journal of Physical Chemistry C, copyright © American Chemical Society after peer review and technical editing by the publisher. To access the final edited and published work see https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c07509
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この論文は出版社版ではありません。引用の際には出版社版をご確認、ご利用ください。
出版タイプ Accepted Manuscript(出版雑誌の一論文として受付されたもの。内容とレイアウトは出版社の投稿様式に沿ったもの)
アクセス権 オープンアクセス
収録物識別子
[DOI] https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c07509 ~の異版である
助成機関名
日本学術振興会
Japan Society for the Promotion of Science
助成機関識別子
[Crossref Funder] https://doi.org/10.13039/501100001691
研究課題名
無機複合ナノ構造の界面機能化学の開拓
Exploring surface functional chemistry of inorganic composite nanostructures
研究課題番号
18H01709
助成機関名
日本学術振興会
Japan Society for the Promotion of Science
助成機関識別子
[Crossref Funder] https://doi.org/10.13039/501100001691
研究課題名
層状結晶中の分子とキャリアの移動を設計に活用するCO2分離と人工光合成系の表面機能
層状結晶中の分子とキャリアの移動を設計に活用するCO2分離と人工光合成系の表面機能
研究課題番号
23H00236
助成機関名
日本学術振興会
Japan Society for the Promotion of Science
助成機関識別子
[Crossref Funder] https://doi.org/10.13039/501100001691
研究課題名
超セラミックスの新規合成法開発
Establishment of new synthesis methods for supra-ceramics
研究課題番号
22H05143
助成機関名
日本学術振興会
Japan Society for the Promotion of Science
助成機関識別子
[Crossref Funder] https://doi.org/10.13039/501100001691
研究課題名
層状複水酸化物ナノ粒子の二酸化炭素吸着・脱離機構の解明と吸着剤性能の飛躍的向上
層状複水酸化物ナノ粒子の二酸化炭素吸着・脱離機構の解明と吸着剤性能の飛躍的向上
研究課題番号
23KJ1624
助成機関名
科学技術振興機構
Japan Science and Technology Agency
助成機関識別子
研究課題名
ナノメートルレベルで設計された複合構造による二酸化炭素の触媒的・光触媒的化学変換
ナノメートルレベルで設計された複合構造による二酸化炭素の触媒的・光触媒的化学変換
研究課題番号
JPMJCR12Y2
助成機関名
科学技術振興機構
Japan Science and Technology Agency
助成機関識別子
研究課題名
設計された圧力応答性を付与した新原理CO2吸着分離技術の開発
設計された圧力応答性を付与した新原理CO2吸着分離技術の開発
研究課題番号
JPMJMI22E3