Understanding adsorption of CO2, N2, CH4 and their mixtures in functionalized carbon nanopipe arrays

文献情報

出版日 2016-04-13
DOI 10.1039/C5CP07422C
インパクトファクター 3.676
著者

Prosun Halder, Manish Maurya, Surendra K. Jain, Jayant K. Singh


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要旨

The selective adsorption behaviours of carbon dioxide, methane and nitrogen on bundles of functionalized CMK-5 are investigated at 303 K using grand-canonical Monte Carlo simulations. Functional groups (–OH, –COOH) cause a significant enhancement in CO2 uptake (up to 19.5% at a pressure of 38.13 bar for –COOH). On the other hand, the adsorption amount of methane decreases with respect to bare CMK-5 by ∼13% (at 38.13 bar) upon functionalization. Furthermore, functionalized CMK-5 with different pore sizes (4 nm, 6 nm, 8 nm) and inter-tube distances (d = 0 to 1.5 nm) are used to investigate the adsorption behaviour of flue gases. While the pore diameter is seen to reduce the isosteric heat of adsorption, the inter-tube distance of 0.25 nm shows the highest uptake of CO2 at p ≤ 18 bar, followed by 0.5 nm for the pressure range of 18 < p ≤ 30 bar, whereas for p > 30 bar, d = 1.0 nm shows the maximum uptake. For methane and nitrogen, the maximum adsorption is obtained at d = 0.25 nm in the studied pressure range. The selective adsorption of CO2 in binary mixtures is investigated using ideal adsorption solution theory. CO2–N2 selectivity is found to increase significantly by surface functionalization of CMK-5 compared to pure CMK-5. The maximum selectivity of CO2–CH4 using –COOH functionalized CMK-5 is found to be ∼10 for an equimolar CO2–CH4 mixture at a pressure of 38.13 bar.

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Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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