Lucille Oliver CebolleroMentor: Ph.D. Arturo Hernandez

Ana Graciela Arévalo Hidalgo – Estudiante DoctoralChemical Engineering Department

Partnership for Research and Education on Materials (PREM)

University of Puerto Rico-Mayagüez Campus

Remoción de dióxido de carbono: Intercambio Iónico en SAPO -34

•Introducción•Motivación•Objetivos•Método•Resultados

– Tiene el marco característico de la zeolita natural Chabazita (CHA).

– Anillos de 8 oxígenos con poros de (~ 4Å) que permiten el acceso en tres dimensiones y formación de cavidades.

– La estructura de SAPO-34 es selectiva permitiendo el paso de algunas moléculas, mientras que bloquea el paso a otras.

– Se pueden modificar la superficie y crear un adsorbentes con diferentes funcionalidades.

.

Chabazite frameworkwith typical cation sites

Revisión de Literatura

Schematic source: Marie-Ange Dijiegoune et al (1998)

MOTIVACIÓN• Remoción selectiva de CO2 del aire en las cabinas de las

naves espaciales.

2500 ppm or less

• En la actualidad la NASA usa la tecnología (CDRA) para la eliminación de CO2.

•CDRA utiliza las zeolitas 13X y 5A como adsorbentes. •El CDRA tiene capacidad limitada a bajas concentraciones de CO2.

•References:•National Research Council (U.S). Subcommittee on Spacecraft Maxium Allowable concentrations. Spacecraft Maximum

allowable Concentration for Selected Airborne Contaminants; National Academy Press: Washington, D.C., 1993•Seter, A. J. Allowable Exposure Limits for Carbon Dioxide During Extravehicular Activity; Technical Memorandum

103832; NASA Ames Research Center; 1998; pp. 1

Objetivos

• General:– Producir un adsorbente nanoporoso más efectivo en la

remoción de CO2 del aire de las cabinas en las naves espaciales.

– Estos adsorbentes serán una opción para reemplazar los materiales utilizados actualmente por la NASA para la eliminación de dióxido de carbono y reemplazar el sistema (CDRA) que no es muy efectivo en la adsorbción de CO2.

CO2

Objetivos

• Específico:– Mediante el intercambio iónico con una

sal de Sr se pretende introducir iones de Sr en la plantilla de SAPO-34.

– Al remplazar los cationes presentes en el material, con Sr pretendemos hacer el medio selectivo y más atractivo para la remoción eficiente de CO2.

Metodología

• Síntesis de SAPO-34

• Intercambio Iónico Fase Líquida (LPIE)

• Intercambio Iónica Fase Sólida (SPIE)

Metodología

• Síntesis de SAPO-34

• Intercambio Iónico Fase Líquida (LPIE)

• Intercambio Iónica Fase Sólida (SPIE)

Mixing

Aluminum isopropoxide

O-phosphoric acid

Colloidal silica (LUDOX AM-30)

Sodium hydroxide

Tetraethylammonium hydroxide (TEAOH)

Deionized water

Calcination (SDA removal)

Convection drying

Filtering

Hydrothermal crystallization

187 horas

200C

SDAnucleation

crystalgrowth

solublespecies

Molecular organic structure-directing

agent (SDA)

100˚C

200˚C

600⁰C

1 Hr

1 Hr

10 Hr

25˚C

Lok, B. M. et al. US Patent 4,440,871, 1984. Lok, B. M. et al. US Patent 4,758,419, 1988;

Schematic source: Burkett and Davis (1994)

Temperature: 60C Vigorous agitation

Time◦ Stage 1: 24 hours◦ Stage 2: 48 hours◦ Stage 3: 72 hours

Strontium chloride solution (1:10) pH measure ~6 Zeolite addition

Filtering with deionized water

Drying

Breck, D. W. Zeolite Molecular Sieves; Wiley: New York, 1973. Yang, R. T. Adsorbents: Fundamentals and Applications. Wiley: New York, 2003. Baes, C.F.; Mesmer, R. E. The Hydrolysis of Cations; R.E. Krieger: Florida, 1986

Solid Phase Ion Exchange

*The Tamman temperature is the point where the salt begins to become

appreciably mobile, and it is approximately ½Tm, where Tm is the melting point in

absolute temperature. Tm=868

297.43˚C *

150˚C

100˚C

25˚C

Water elimination of the zeolite HSAPO34

SrCl2 loses 6 waters

Tamman temperature SrCl2

LPIE of Na-HSAPO34 with NH4Cl to produce

NH4SAPO34.

Filtering with deionized water

Dried at 90ºC

Temperature: 60CTime: 24 hours

Calcination of the sample NH4SAPO34 to obtain HSAPO34

“Homogeneous” mixing of the zeolite HSAPO34 and SrCl2∙6H2O

Ion exchange in solid phase (SPIE).

Olson, D. H. J. Phys. Chem. 1968. Vol 72, p.p. 4366. Forster, H. and Hatje, U. Solid State Ionics 1997, Vol. 101, p.p. 425. Haniffa, R. M. and Seff, K. J. Phys. Chem. B 1998, 102, p.p. 2688. Hernandez-Maldonado, A. J. and Yang, R. T. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, Vol. 43, p.p. 1081. Watanabe, Y. et al. J. Catal. 1993,

Vol. 143, p.p. 430

Caracterización

MicromeriticsIsitermas

SEM EDAXTGA

Datos Experimentales

SEMNaHSAPO34

SEM NH4SAPO34

SEMSrSAPO34

TGA

XRD

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60

CHA

NaSAPO34 S5

NaSAPO34 S6

SrSAPO34 LPIE I

SrSAPO34 LPIE III

#REF!

ISOTERMAS ADSORCION CO2

Módulo Instruccional para integrar

en el curso de Biología a Nivel SecundarioTema

Tamiz Molecular

Referencias

Large-Cage Zeolite Structures with Multidimensional 12-Ring Channels

Bu, X.;Feng, P.; Stucky, G.D.; Science 278(1997) 2080-2085.

Photoluminescence of open-framework phosphates and germanates

Feng, P.; Chem. Commun. (2001) 1668–1669.Isomorphous Substitution of Mn(II) into Aluminophosphate Zeotypes: A Combined High-Field ENDOR and DFT Study

Arieli, D.; Delabie, A.; Vaughan, D.E.W.; Strohmaier, K.G.; Goldfarb, D.; J. Phys. Chem. B 106 (2002) 7509-7519.

Resolving Mn framework sites in large cage aluminophosphate zeotypes by high field EPR and ENDOR spectroscopy

Arieli, D.; Prisner,T.F.; Hertelb, M.; Goldfarb,D.; Phys. Chem. Chem. Phys. 6 (2004) 172-181.

High field ENDOR as a characterization tool for functional sites in microporous materials

GoldfarbD.; Phys. Chem. Chem. Phys. 8(2006) 2325–2343.

Preguntas