Механизъм на сорбция на СО₂ и H₂ в порести материали

 ДФНИ-КП-06 Н59/5

Основните цели на проекта са:

• Да се установят детайлно активните центрове за адсорбция на CO₂ и H₂ в подбрани порести материали – както в отсъствие, така и в присъствието на вода.
• Да се предложат порести сорбенти за CO₂ и H₂ с подходящи енергийни характеристики, висок капацитет и добра селективност.

В тази връзка ще бъдат положени специални усилия за намиране на материали, в които върху един адсорбционен център могат да бъдат адсорбирани повече от една молекула. За тази цел ще се изучат зеолити, съдържащи големи катиони (благоприятстващи процеса). Ефектът на водата също ще бъде проучен в детайли, особено при адсорбцията на CO₂. За да се разработят ефективни адсорбенти за CO₂, ще бъдат проучени и възможностите за модифициране на адсорбенти с амини. При разработването на материали за адсорбция на водород, ще се изучат порести адсорбенти, съдържащи нисковалентни катиони (напр. Cu⁺, Ni⁺).

Изследванията ще включват четири класа порести материали: метал-органични структури, зеолити, мезопорести материали на основата на SiO₂ и мезопорест CeO₂. Като представител на порестите оксиди бе подбран цериев диоксид, тъй като е показал обещаващи свойства като адсорбент за CO₂. 

Ефектът на водата ще бъде изучен, тъй като в повечето случаи газовете, от които трябва де се сепарира CO₂, съдържат вода. Практическото значение на този ефект е по-малко при адсорбцията на водород, тъй като водородът се пречиства преди съхранение. Независимо от това, следови количества от влага могат да доведат до акумулиране на вода върху адсорбента при многократното му използване и така да променят неговите характеристики.

            Като основни методи за определяне на механизма на адсорбция ще бъдат използвани вибрационна спектроскопия и изчисления по метода на функционала на плътността.

            За да се достигнат поставените цели е необходимо последователно да бъдат решени следните задачи:

1. Да се определят референтните честоти на CO₂ и H₂, адсорбирани в порести материали, и да се установи как и доколко те зависят от размера на порите.
2.  Да се определи влиянието на преадсорбирана вода върху референтните честоти на CO₂ и H₂, адсорбирани в порести материали.
3. Да се изучи детайлно адсорбцията на CO₂ върху подбраните материали и да се определят активните центрове за адсорбция при различни покрития.
4. Да се изучи детайлно адсорбцията на CO₂ върху подбраните материали в присъствие на вода.
5. Да се изучи детайлно адсорбцията на H₂ върху подбраните материали (в отсъствие и присъствие на вода) и да се определят активните центрове за адсорбция при различни покрития.