Published March 19, 2024
| Version v1
Publication
Open
Efficient crystal structure materials as reactive sorbent for the CO2 and CH4 adsorption and storage
Creators
- 1. Oak Ridge National Laboratory
- 2. Hamad bin Khalifa University
- 3. Qatar Foundation
- 4. Sidi Mohamed Ben Abdellah University
- 5. Western Michigan University
- 6. Mohamed I University
Description
The efficient dirubidium cobalt bis(dihydrogendiphosphate) dihydrate compound is successfully synthesized in a solution and used as a reactive sorbent for the CO2 and CH4 gases adsorption and storage. A crystal of this Rb2Co(H2P2O7)2·2H2O compound has been isolated and characterized by single X-ray diffraction analysis and was found to crystallize in the triclinic system ( P1¯ ) with the cell parameters (Å): 6.980(1), 7.370(1), 7.816(1), 81.74(1), 70.35(1), 86.34(1); V = 374.68(9) Å3, Z = 2. The crystal-packing consists of a three-dimensional framework made upon corners and edges sharing of [RbO7], [H2P2O7] and [CoO6] entities, furthermore linked by a network of H-bonds. The UV-Vis spectroscopy revealed usual transitions between the ground state 4T1g and the upper levels 4T2g, 4A2g and 4T1g (P). Moreover, the CO2 and CH4 gases sorption measurements were successfully performed at two different temperatures (25 and 45 °C) and various pressures ranging from vacuum to 50 bar. Our results show that rate of CO2 and CH4 capturing was 3.10 mmol/g and 2.35 mmol/g at temperature 25 °C and pressure 50 bar, respectively. This compound showed a clear potential for CO2/CH4 adsorption and storage thereby paving the way towards its exploration and adaptation for capturing and collecting carbon dioxide and greenhouse gases from the air, and their conversion into hydrocarbon fuels using existing mature technologies. We have also conducted density functional theory calculations to study the CO2 and CH4 adsorption properties of Rb2Co(H2P2O7)2·2H2O. The simulation results show enhanced adsorption of both types of molecules on the surface of the material.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتم تصنيع مركب ثنائي هيدروجين ثنائي فوسفات الكوبالت الديروبيديوم الفعال بنجاح في محلول ويستخدم كمواد ماصة تفاعلية لامتزاز وتخزين غازات ثاني أكسيد الكربون والميثان. تم عزل بلورة من مركب Rb2Co (H2P2O7)2· 2H2O وتميزها بتحليل حيود الأشعة السينية الفردي ووجد أنها تتبلور في النظام الثلاثي (P1 ¯) مع معلمات الخلية (Å): 6.980 (1)، 7.370 (1)، 7.816 (1)، 81.74 (1)، 70.35 (1)، 86.34(1) ؛ V = 374.68 (9) Å 3، Z = 2. تتكون التعبئة البلورية من إطار ثلاثي الأبعاد مصنوع على الزوايا والحواف المشتركة لكيانات [RbO7] و [H2P2O7] و [CoO6]، مرتبطة علاوة على ذلك بشبكة من روابط H. كشف التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية عن التحولات المعتادة بين الحالة الأرضية 4T1g والمستويات العليا 4T2g و 4A2g و 4T1g (P). علاوة على ذلك، تم إجراء قياسات امتصاص غازات ثاني أكسيد الكربون والميثان بنجاح عند درجتي حرارة مختلفتين (25 و 45 درجة مئوية) وضغوط مختلفة تتراوح من الفراغ إلى 50 بار. أظهرت نتائجنا أن معدل التقاط ثاني أكسيد الكربون والميثان كان 3.10 مليمول/جم و 2.35 مليمول/جم عند درجة حرارة 25 درجة مئوية والضغط 50 بار، على التوالي. أظهر هذا المركب إمكانات واضحة لامتزاز ثاني أكسيد الكربون/الميثان وتخزينه، مما يمهد الطريق نحو استكشافه وتكييفه لالتقاط وجمع ثاني أكسيد الكربون وغازات الدفيئة من الهواء، وتحويلها إلى وقود هيدروكربوني باستخدام التقنيات الناضجة الحالية. لقد أجرينا أيضًا حسابات نظرية الكثافة الوظيفية لدراسة خصائص امتزاز ثاني أكسيد الكربون والميثان لـ Rb2Co (H2P2O7)2·2H2O. تظهر نتائج المحاكاة امتزازًا محسنًا لكلا النوعين من الجزيئات على سطح المادة.Translated Description (French)
Le composé dihydrate de bis(dihydrogendiphosphate) de cobalt et de dirubidium efficace est synthétisé avec succès dans une solution et utilisé comme sorbant réactif pour l'adsorption et le stockage des gaz CO2 et CH4. Un cristal de ce composé Rb2Co (H2P2O7)2·2H2O a été isolé et caractérisé par une analyse par diffraction des rayons X unique et s'est avéré cristalliser dans le système triclinique ( P1¯ ) avec les paramètres cellulaires (Å) : 6,980(1), 7,370 (1), 7,816(1), 81,74(1), 70,35(1), 86,34(1) ; V = 374,68 (9) Å3, Z = 2. L'empaquetage cristallin consiste en un cadre tridimensionnel réalisé sur des coins et des bords partageant des entités [RbO7], [H2P2O7] et [CoO6], reliés en outre par un réseau de liaisons H. La spectroscopie UV-Vis a révélé des transitions habituelles entre l'état fondamental 4T1g et les niveaux supérieurs 4T2g, 4A2g et 4T1g (P). De plus, les mesures de sorption des gaz CO2 et CH4 ont été effectuées avec succès à deux températures différentes (25 et 45 °C) et à diverses pressions allant du vide à 50 bars. Nos résultats montrent que le taux de capture du CO2 et du CH4 était de 3,10 mmol/g et 2,35 mmol/g à la température de 25 °C et à la pression de 50 bar, respectivement. Ce composé a montré un potentiel évident d'adsorption et de stockage du CO2/CH4, ouvrant ainsi la voie à son exploration et à son adaptation pour capturer et collecter le dioxyde de carbone et les gaz à effet de serre dans l'air, et leur conversion en combustibles hydrocarbonés à l'aide de technologies matures existantes. Nous avons également effectué des calculs de théorie fonctionnelle de la densité pour étudier les propriétés d'adsorption du CO2 et du CH4 de Rb2Co (H2P2O7)2·2H2O. Les résultats de la simulation montrent une meilleure adsorption des deux types de molécules à la surface du matériau.Translated Description (Spanish)
El eficiente compuesto de bis(dihidrogendifosfato) de cobalto dirubidio se sintetiza con éxito en una solución y se utiliza como un sorbente reactivo para la adsorción y almacenamiento de gases CO2 y CH4. Un cristal de este compuesto Rb2Co (H2P2O7)2·2H2O se ha aislado y caracterizado mediante análisis de difracción de rayos X individuales y se encontró que cristalizaba en el sistema triclínico ( P1¯ ) con los parámetros celulares (Å): 6.980(1), 7.370(1), 7.816(1), 81.74(1), 70.35(1), 86.34(1); V = 374.68(9) Å3, Z = 2. El envase de cristal consiste en un marco tridimensional hecho en esquinas y bordes que comparten entidades [RbO7], [H2P2O7] y [CoO6], además unidas por una red de enlaces H. La espectroscopia UV-Vis reveló transiciones habituales entre el estado fundamental 4T1g y los niveles superiores 4T2g, 4A2g y 4T1g (P). Además, las mediciones de absorción de gases CO2 y CH4 se realizaron con éxito a dos temperaturas diferentes (25 y 45 °C) y varias presiones que van desde el vacío hasta 50 bar. Nuestros resultados muestran que la tasa de captura de CO2 y CH4 fue de 3,10 mmol/g y 2,35 mmol/g a una temperatura de 25 °C y una presión de 50 bar, respectivamente. Este compuesto mostró un claro potencial para la adsorción y almacenamiento de CO2/CH4, allanando así el camino hacia su exploración y adaptación para capturar y recolectar dióxido de carbono y gases de efecto invernadero del aire, y su conversión en combustibles de hidrocarburos utilizando tecnologías maduras existentes. También hemos realizado cálculos de la teoría funcional de la densidad para estudiar las propiedades de adsorción de CO2 y CH4 deRb2Co (H2P2O7)2·2H2O. Los resultados de la simulación muestran una adsorción mejorada de ambos tipos de moléculas en la superficie del material.Files
s41598-024-57060-8.pdf.pdf
Files
(2.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:25ecaed8b8ec4f525831ed9401579286
|
2.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مواد بنية بلورية فعالة كمواد ماصة تفاعلية لامتزاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون والميثان
- Translated title (French)
- Matériaux de structure cristalline efficaces comme sorbant réactif pour l'adsorption et le stockage du CO2 et du CH4
- Translated title (Spanish)
- Materiales de estructura cristalina eficientes como sorbente reactivo para la adsorción y almacenamiento de CO2 y CH4
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4392948817
- DOI
- 10.1038/s41598-024-57060-8
References
- https://openalex.org/W1589109489
- https://openalex.org/W1821645579
- https://openalex.org/W1981368803
- https://openalex.org/W2019702967
- https://openalex.org/W2031446949
- https://openalex.org/W2036113194
- https://openalex.org/W2036934412
- https://openalex.org/W2038117440
- https://openalex.org/W2047093129
- https://openalex.org/W2067240903
- https://openalex.org/W2068373107
- https://openalex.org/W2069301522
- https://openalex.org/W2093914988
- https://openalex.org/W2124985647
- https://openalex.org/W2133982938
- https://openalex.org/W2321603509
- https://openalex.org/W2326386379
- https://openalex.org/W2330097799
- https://openalex.org/W2472182847
- https://openalex.org/W2549976854
- https://openalex.org/W2589206685
- https://openalex.org/W2592998222
- https://openalex.org/W2598065158
- https://openalex.org/W2733202436
- https://openalex.org/W2751805421
- https://openalex.org/W2753730397
- https://openalex.org/W2943206726
- https://openalex.org/W2944119246
- https://openalex.org/W2955217333
- https://openalex.org/W2968550713
- https://openalex.org/W3020007982
- https://openalex.org/W3031658383
- https://openalex.org/W4296349486
- https://openalex.org/W4320925109