CO2capture by amine-functionalized nanoporous materials: A review

Korean Journal of Chemical Engineering

Volumn 31, Issue 11, 2014, Pages 1919-1934

  Chen, Chao ^a,b   Kim, Jun ^a   Ahn, Wha Seung ^a  

^a Inha University   (South Korea)

^b XINYANG NORMAL UNIVERSITY   (China)

Author keywords

Amine functionalization; Carbon; CO2Capture; Grafting; Impregnation; Mesoporous Alumina; Mesoporous Silica; Metal Organic Frameworks (MOFs); Porous Polymer; Zeolite

Indexed keywords

EID: 84922097487     PISSN: 02561115     EISSN: 19757220     Source Type: Journal    
DOI: 10.1007/s11814-014-0257-2     Document Type: Review

References (158)

1. A. Yamasaki, J. Chem. Eng. Jpn., 36(4), 361 (2003).
2. M. Zhao, A. I. Minett and A. T. Harris, Energy Environ. Sci., 6, 25 (2013).
3. D. M. D’Alessandro, B. Smit and J. R. Long, Angew. Chem. Int. Ed., 49, 6058 (2010).
4. G. T. Rochelle, Science, 325, 1652 (2009).
5. R. R. Bottoms (Girdler Corp.), US Patent, 1,783,901 (1930).
6. P. D. Vaidya and E.Y. Kenig, Chem. Eng. Technol., 30, 1467 (2007).
7. A. Veawab, P. Tontiwachwuthikul and A. Chakma, Ind. Eng. Chem. Res., 38, 3917 (1999).
8. K. P. Resnik, J. T. Yeh and H.W. Pennline, Int. J. Environ. Technol. Manage., 4(1/2), 89 (2004).
9. G. Rochelle, E. Chen, R. Dugas, B. Oyenakan and F. Seibert, 2005 Annual Conference on Capture and Sequestration, Alexandria, VA (2006).
10. F. Karadas, M. Atilhan and S. Aparicio, Energy Fuels, 24, 5817 (2010).
11. G. P. Hao, W. C. Li and A. H. Lu, J. Mater. Chem., 21, 6447 (2011).
12. J. Merel, M. Clausse and F. Meunier, Environ. Prog., 25, 327 (2006).
13. V. Sebastian, I. Kumakiri, R. Bredesen and M. Menendez, J. Membr. Sci., 292, 92 (2007).
14. G. Calleja, A. Jimenez, J. Pau, L. Domínguez and P. Pérez, Gas Sep. Purif., 8, 247 (1994).
15. G. Calleja, J. Pau and J. A. Calles, J. Chem. Eng. Data, 43, 994 (1998).
16. K. S. Walton, M.B. Abney and M. D. Levan, Micropor. Mesopor. Mater., 91, 78 (2006).
17. E. Dlaz, E. Munoz, A. Vega and S. Ordonez, Chemosphere, 70, 1375 (2008).
18. S. T. Yang, J. Kim and W. S. Ahn, Micropor. Mesopor. Mater., 135, 90 (2010).
19. R.V. Siriwardane, M. S. Shen, E. P. Fisher and J. A. Poston, Energy Fuels, 15, 279 (2001).
20. B. K. Na, K. K. Koo, H.M. Eum, H. Lee and H. K. Song, Korean J. Chem. Eng., 18, 220 (2001).
21. J. H. Chen, D. S. H. Wong and C. S. Tan, Ind. Eng. Chem. Res., 36, 2808 (1997).
22. D. Britt, H. Furukawa, B. Wang, T.G. Glover and O.M. Yaghi, Proc. Natl. Acad. Sci., 106(49), 20637 (2009).
23. V. Finsy, L. Ma, L. Alaerts, D. E. De Vos, G.V. Baron and J. F. M. Denayer, Micropor. Mesopor. Mater., 120, 221 (2009).
24. J. An and N. L. Rosi, J. Am. Chem. Soc., 132, 5578 (2010).
25. L. Grajciar, A. D. Wiersum, P. L. Llewellyn, J. S. Chang and P. Nachtigall, J. Phys. Chem. C, 115, 17925 (2011).
26. L. Hamon, P. L. Llewellyn, T. Devic, A. Ghoufi, G. Clet, V. Guillerm, G.D. Pirngruber, G. Maurin, C. Serre, G. Driver, W. Beek, E. Jolimaître, A. Vimont, M. Daturi and G. Férey, J. Am. Chem. Soc., 131, 17490 (2009).
27. A. R. Millward and O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc., 127, 17998 (2005).
28. C. Chen, J. Kim, D. A. Yang and W. S. Ahn, Chem. Eng. J., 168, 1134 (2011).
29. Y. Ding and E. Alpay, Chem. Eng. Sci., 55, 3461 (2000).
30. Y. Liang, D. P. Harrison, R. P. Gupta, D. A. Green and W. J. McMichael, Energy Fuels, 18, 569 (2004).
31. H. Gupta and L. S. Fan, Ind. Eng. Chem. Res., 41, 4035 (2002).
32. H. Lu, E. P. Reddy and P.G. Smirniotis, Ind. Eng. Chem. Res., 45, 3944 (2006).
33. N. H. Florin and A. T. Harris, Chem. Eng. Sci., 63, 287 (2008).
34. N. H. Florin and A. T. Harris, Chem. Eng. Sci., 64, 187 (2009).
35. J. D. Figueroa, T. Fout, S. Plasynski, H. McIlvried and R. D. Srivastava, Int. J. Greenhouse Gas Control, 2, 9 (2008).
36. Q. Wang, J. Luo, Z. Zhong and A. Borgna, Energy Environ. Sci., 4, 42 (2011).
37. N. Gargiulo, F. Pepe and D. Caputo, J. Nanosci. Nanotechnol., 14, 1 (2014).
38. J.R. Li, Y. Ma, M. C. McCarthy, J. Sculley, J. Yu, H. K. Jeong, P. B. Balbuena and H. C. Zhou, Coord. Chem. Rev., 255, 1791 (2011).
39. K. B. Lee, M.G. Beaver, H. S. Caram and S. Sircar, Ind. Eng. Chem. Res., 47, 8048 (2008).
40. S.H. Wu, C.Y. Mou and H. P. Lin, Chem. Soc. Rev., 42, 3862 (2013).
41. C. Gérardin, J. Reboul, M. Bonne and B. Lebeau, Chem. Soc. Rev., 42, 4217 (2013).
42. T. Asefa and Z. Tao, Can. J. Chem., 90, 1015 (2012).
43. X. Xu, C. Song, J.M. Andresen, B.G. Miller and A.W. Scaroni, Micropor. Mesopor. Mater., 62, 29 (2003).
44. X. Xu, C. Song, J.M. Andresen, B.G. Miller and A.W. Scaroni, Energy Fuels, 16, 1463 (2002).
45. X. Xu, C. Song, B.G. Miller and A.W. Scaroni, Ind. Eng. Chem. Res., 44, 8113 (2005).
46. M.R. Mello, D. Phanon, G. Q. Silveira, P. L. Llewellyn and C. M. Ronconi, Micropor. Mesopor. Mater., 143, 174 (2011).
47. H. Zhao, J. Hu, J. Wang, L. Zhou and H. Liu, Acta Phys. Chim. Sinica, 23(6), 801 (2007).
48. C. Schumacher, J. Gonzalez, M. Perez-Mendoza, P. A. Wright and N. A. Seaton, Ind. Eng. Chem. Res., 45, 5586 (2006).
49. M. N. Barbosa, A. S. Araujo, L. P. F. C. Galvao, E. F. B. Silva, A.G. D. Santos, G. E. Luz Jr. and V. J. Fernandes Jr., J. Therm. Anal. Calorim., 106, 779 (2011).
50. R. S. Franchi, P. J. E. Harlick and A. Sayari, Ind. Eng. Chem. Res., 44, 8007 (2005).
51. A. Heydari-Gorji, Y. Belmabkhout and A. Sayari, Langmuir, 27, 12411 (2011).
52. P. J. E. Harlick and A. Sayari, Ind. Eng. Chem. Res., 46, 446 (2007).
53. J. Wei, L. Liao, Y. Xiao, P. Zhang and Y. Shi, J. Environ. Sci., 22(10), 1558 (2010).
54. M.B. Yue, L. B. Sun, Y. Cao, Y. Wang, Z. J. Wang and J. H. Zhu, Chem. Eur. J., 14, 3442 (2008).
55. H.Y. Huang, R. T. Yang, D. Chinn and C. L. Munson,. Ind. Eng. Chem. Res., 42, 2427 (2003).
56. S. Kim, J. Ida, V.V. Guliants and J.Y. S. Lin, J. Phys. Chem. B, 109, 6287 (2005).
57. M. Bhagiyalakshmi, L. J. Yun, R. Anuradha and H.T. Jang, J. Hazard. Mater., 175, 928 (2010).
58. X. Yan, L. Zhang, Y. Zhang, G. Yang and Z. Yan, Ind. Eng. Chem. Res., 50, 3220 (2011).
59. R. Sanz, G. Calleja, A. Arencibia and E. S. Sanz-Pérez, Appl. Surf. Sci., 256, 5323 (2010).
60. A. Heydari-Gorji, Y. Yang and A. Sayari, Energy Fuels, 25, 4206 (2011).
61. L. Wang and R. T. Yang, J. Phys. Chem. C, 115, 21264 (2011).
62. V. Zelenak, M. Badanicova, D. Halamova, J. Čejka, A. Zukal, N. Murafa and G. Goerigk, Chem. Eng. J., 144, 336 (2008).
63. F. Zheng, D. N. Tran, B. J. Busche, G. E. Fryxell, R. S. Addleman, T. S. Zemanian and C. L. Aardahl, Ind. Eng. Chem. Res., 44(9), 3099 (2005).
64. N. Hiyoshi, K. Yogo and T. Yashima, Micropor. Mesopor. Mater., 84, 357 (2005).
65. F.Y. Chang, K. J. Chao, H.H. Cheng and C. S. Tan, Sep. Purif. Technol., 70, 87 (2009).
66. S. Choi, J. H. Drese, P.M. Eisenberger and C.W. Jones, Environ. Sci. Technol., 45, 2420 (2011).
67. J. C. Hicks, J.H. Drese, D. J. Fauth, M. L. Gray, G. Qi and C.W. Jones, J. Am. Chem. Soc., 130, 2902 (2008).
68. W. Chaikittisilp, J. D. Lunn, D. F. Shantz and C.W. Jones, Chem. Eur. J., 17, 10556 (2011).
69. X. Ma, X. Wang and C. Song, J. Am. Chem. Soc., 131, 5777 (2009).
70. M. B. Yue, Y. Chun, Y. Cao, X. Dong and J. H. Zhu, Adv. Funct. Mater., 16, 1717 (2006).
71. J. Wei, J. Shi, H. Pan, W. Zhao, Q. Ye and Y. Shi, Micropor. Mesopor. Mater., 116, 394 (2008).
72. C. Knofel, J. Descarpentries, A. Benzaouia, V. Zelenak, S. Mornet, P. L. Llewellyn and V. Hornebecq, Micropor. Mesopor. Mater., 99, 79 (2007).
73. V. Zelenak, D. Halamova, L. Gaberova, E. Bloch and P. Llewellyn, Micropor. Mesopor. Mater., 116, 358 (2008).
74. C. Chen, W. J. Son, K. S. You, J.W. Ahn and W. S. Ahn, Chem. Eng. J., 161, 46 (2010).
75. G. P. Knowles, J.V. Graham, S.W. Delaney and A. L. Chaffee, Fuel Process. Technol., 86, 1435 (2005).
76. G. P. Knowles, S.W. Delaney and A. L. Chaffee, Ind. Eng. Chem. Res., 45, 2626 (2006).
77. Y. Liu, Q. Ye, M. Shen, J. Shi, J. Chen, H. Pan and Y. Shi, Environ. Sci. Technol., 45, 5710 (2011).
78. W. J. Son, J. S. Choi and W. S. Ahn, Micropor. Mesopor. Mater., 113, 31 (2008).
79. C. Chen, S. T. Yang, W. S. Ahn and R. Ryoo, Chem. Commun., 3627 (2009).
80. J. J. Wen, F. N. Gu, F. Wei, Y. Zhou, W.G. Lin, J. Yang, J.Y. Yang, Y. Wang, Z.G. Zou and J. H. Zhu, J. Mater. Chem., 20, 2840 (2010).
81. D. J.N. Subagyono, Z. Liang, G. P. Knowles and A. L. Chaffee, Chem. Eng. Res. Des., 89, 1647 (2011).
82. X. Yan, L. Zhang, Y. Zhang, K. Qiao, Z. Yan and S. Komarneni, Chem. Eng. J., 168, 918 (2011).
83. X. Feng, G. Hu, X. Hu, G. Xie, Y. Xie, J. Lu and M. Luo, Ind. Eng. Chem. Res., 52, 4221 (2013).
84. W. Li, P. Bollini, S. A. Didas, S. Choi, J. H. Drese and C.W. Jones, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2(11), 3363 (2010).
85. W. Yan, J. Tang, Z. Bian, J. Hu and H. Liu, Ind. Eng. Chem. Res., 51, 3653 (2012).
86. S. H. Liu, C. H. Wu, H. K. Lee and S. B. Liu, Top. Catal., 53, 210 (2010).
87. N. Hiyoshi, K. Yogo and T. Yashima, Chem. Lett., 37(12), 1266 (2008).
88. D. Lee, Y. Jin, N. Jung, J. Lee, J. Lee, Y. S. Jeong and S. Jeon, Environ. Sci. Technol., 45, 5704 (2011).
89. D. S. Dao, H. Yamada and K. Yogo, Ind. Eng. Chem. Res., 52, 13810 (2013).
90. O. Leal, C. Bolivar, C. Ovalles, J. J. Garcia and Y. Espidel, Inorg. Chim. Acta, 240, 183 (1995).
91. A. Goeppert, M. Czaun, R. B. May, G. K. S. Prakash, G. A. Olah and S. R. Narayanan, J. Am. Chem. Soc., 133, 20164 (2011).
92. 2Utilization, 1, 1 (2013).
93. S. Cui, W. Cheng, X. Shen, M. Fan, A. Russell (Ted), Z. Wu and X. Yi, Energy Environ. Sci., 4, 2070 (2011).
94. Y. Li, X. Wen, L. Li, F. Wang, N. Zhao, F. Xiao, W. Wei and Y. Sun, J. Sol-Gel Sci. Technol., 66, 353 (2013).
95. F. Q. Liu, L. Wang, Z.G. Huang, C. Q. Li, W. Li, R.X. Li and W.H. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 4371 (2014).
96. A. D. Ebner, M.L. Gray, N.G. Chisholm, Q.T. Black, D.D. Mumford, M. A. Nicholson and J.A. Ritter, Ind. Eng. Chem. Res., 50, 5634 (2011).
97. E. R. Monazam, L. J. Shadle, D. C. Miller, H.W. Pennline, D. J. Fauth, J. S. Hoffman and M. L. Gray, AIChE J., 59(3), 923 (2013).
98. Y. Tang and K. Landskron, J. Phys. Chem. C, 114, 2494 (2010).
99. M. L. Gray, Y. Soong, K. J. Champagne, H. Pennline, J. P. Baltrus, R.W. Stevens Jr., R. Khatri, S. S. C. Chuang and T. Filburn, Fuel Process. Technol., 86, 1449 (2005).
100. S.N. Kim, W. J. Son, J. S. Choi and W. S. Ahn, Micropor. Mesopor. Mater., 115, 497 (2008).
101. S. Araki, H. Doi, Y. Sano, S. Tanaka and Y. Miyake, J. Colloid Interface Sci., 339, 382 (2009).
102. G. Zhao, B. Aziz and N. Hedin, Appl. Energy, 87, 2907 (2010).
103. G. Qi, Y. Wang, L. Estevez, X. Duan, N. Anako, A.H.A. Park, W. Li, C.W. Jones and E. P. Giannelis, Energy Environ. Sci., 4, 444 (2011).
104. K.M. Li, J.G. Jiang, S.C. Tian, X. J. Chen and F. Yan, J. Phys. Chem. C, 118, 2454 (2014).
105. S. Yang, L. Zhan, X. Xu, Y. Wang, L. Ling and X. Feng, Adv. Mater., 25, 2130 (2013).
106. Y.G. Ko, H. J. Lee, H.C. Oh and U. S. Choi, J. Hazard. Mater., 250–251, 53 (2013).
107. S. Che, A. E. Garcia-Bennett, T. Yokoi, K. Sakamoto, H. Kunieda, O. Terasaki and T. Tatsumi, Nat. Mater., 2, 801 (2003).
108. C. Chen and W. S. Ahn, Chem. Eng. J., 166, 646 (2011).
109. W. Chaikittisilp, H. J. Kim and C.W. Jones, Energy Fuels, 25, 5528 (2011).
110. M.G. Plaza, C. Pevida, B. Arias, J. Fermoso, A. Arenillas, F. Rubiera and J. J. Pis, J. Therm. Anal. Calorim., 92(2), 601 (2008).
111. P. D. Jadhav, R.V. Chatti, R. B. Biniwale, N. K. Labhsetwar, S. Devotta and S. S. Rayalu, Energy Fuels, 21, 3555 (2007).
112. R. Chatti, A. K. Bansiwal, J. A. Thote, V. Kumar, P. Jadhav, S. K. Lokhande, R. B. Biniwale, N. K. Labhsetwar and S. S. Rayalu, Micropor. Mesopor. Mater., 121, 84 (2009).
113. F. Su, C. Lu, S. C. Kuo and W. Zeng, Energy Fuels, 24, 1441 (2010).
114. X. Xu, X. Zhao, L. Sun and X. Liu, J. Nat. Gas Chem., 18, 167 (2009).
115. J.Y. Kim, J. Kim, S. T. Yang and W. S. Ahn, Fuel, 108, 515 (2013).
116. S. T. Yang, J.Y. Kim, J. Kim and W. S. Ahn, Fuel, 97, 435 (2012).
117. A. Zukal, I. Dominguez, J. Mayerov and J. Cejka, Langmuir, 25(17), 10314 (2009).
118. L. Zhao, Z. Bacsik, N. Hedin, W. Wei, Y. Sun, M. Antonietti and M.M. Titirici, Chem Sus Chem, 3, 840 (2010).
119. F. Su, C. Lu and H. S. Chen, Langmuir, 27, 8090 (2011).
120. F. Su, C. Lu, W. Cnen, H. Bai and J. F. Hwang, Sci. Total Environ., 407, 3017 (2009).
121. E. P. Dillon, C. A. Crouse and A. R. Barron, ACS Nano, 2(1), 156 (2008).
122. M.V.M. Mercedes, Z. Lu, Y. Zhang and Z. Tang, Waste Manage., 28, 2320 (2008).
123. M. L. Gray, Y. Soong, K. J. Champagne, J. Baltrus, R.W. Stevens Jr, P. Toochinda and S. S. C. Chuang, Sep. Purif. Technol., 35, 31 (2004).
124. M.G. Plaza, C. Pevida, A. Arenillas, F. Rubiera and J. J. Pis, Fuel, 86, 2204 (2007).
125. C. Chen, J. Kim and W. S. Ahn, Fuel, 95, 360 (2012).
126. V. Guillerm, L. J. Weseliński, M. Alkordi, M. I.H. Mohideen, Y. Belmabkhout, A. J. Cairns and M. Eddaoudi, Chem. Commun., 50, 1937 (2014).
127. C. Gebald, J.A. Wurzbacher, P. Tingaut, T. Zimmermann and A. Steinfeld, Environ. Sci. Technol., 45, 9101 (2011).
128. C. C. Aquino, G. Richner, M. C. Kimling, D. Chen, G. Puxty, P. H.M. Feron and R. A. Caruso, J. Phys. Chem. C, 117, 9747 (2013).
129. C. Chen, D.W. Park and W. S. Ahn, Appl. Surf. Sci., 283, 699 (2013).
130. M.G. Schwab, B. Fassbender, H.W. Spiess, A. Thomas, X. Feng and K. Müllen, J. Am. Chem. Soc., 131, 7216 (2009).
131. Y. Lin, C. Kong and L. Chen, RSC Adv., 2, 6417 (2012).
132. X. Wang, H. Li and X. J. Hou, J. Phys. Chem. C, 116, 19814 (2012).
133. S.N. Kim, S. T. Yang, J. Kim, J.E. Park and W. S. Ahn, CrystEng-Comm, 14, 4142 (2012).
134. P. Serra-Crespo, E.V. Ramos-Fernandez, J. Gascon and F. Kapteijn, Chem. Mater., 23, 2565 (2011).
135. S. Couck, J.M. Denayer, G.V. Baron, T. Rémy, J. Gascon and F. Kapteijn, J. Am. Chem. Soc., 131, 6326 (2009).
136. E. Stavitski, E.A. Pidko, S. Couck, T. Remy, E. J.M. Hensen, B.M. Weckhuysen, J. Denayer, J. Gascon and F. Kapteijn, Langmuir, 27, 3970 (2011).
137. J. Kim, W. Y. Kim and W. S. Ahn, Fuel, 102, 574 (2012).
138. H.R. Abid, J. Shang, H.M. Ang and S. Wang, Int. J. Smart Nano Mater., iFirst, 1 (2012).
139. X. Si, C. Jiao, F. Li, J. Zhang, S. Wang, S. Liu, Z. Li, L. Sun, F. Xu, Z. Gabelica and C. Schick, Energy Environ. Sci., 4, 4522 (2011).
140. B. Arstad, H. Fjellvåg, K. O. Kongshaug, O. Swang and R. Blom, Adsorption, 14, 755 (2008).
141. B. Yuan, D. Ma, X. Wang, Z. Li, Y. Li, H. Liu and D. He, Chem. Commun., 48, 1135 (2012).
142. S. Choi, T. Watanabe, T. H. Bae, D. S. Sholl and C.W. Jones, J. Phys. Chem. Lett., 3, 1136 (2012).
143. T. Panda, P. Pachfule, Y. Chen, J. Jiang and R. Banerjee, Chem. Commun., 47, 2011 (2011).
144. T.M. McDonald, W.R. Lee, J.A. Mason, B.M. Wiers, C.S. Hong and J. R. Long, J. Am. Chem. Soc., 134, 7056 (2012).
145. B. Zheng, J. Bai, J. Duan, L. Wojtas and M. J. Zaworotko, J. Am. Chem. Soc., 133, 748 (2011).
146. C. Montoro, E. Garc, S. Calero, M. A. Perez-Fernandez, A. L. Lopez, E. Barea and J. A. R. Navarro, J. Mater. Chem., 22, 10155 (2012).
147. N. Ko and J. Kim, Bull. Korean Chem. Soc., 32(8), 2705 (2011).
148. Z. Xiang, S. Leng and D. Cao, J. Phys. Chem. C, 116, 10573 (2012).
149. J. Duan, Z. Yang, J. Bai, B. Zheng, Y. Li and S. Li, Chem. Commun., 48, 3058 (2012).
150. Q.G. Zhai, Q. Lin, T. Wu, L. Wang, S.T. Zheng, X. Bu and P. Feng, Chem. Mater., 24, 2624 (2012).
151. T.M. McDonald, D.M. D’Alessandro, R. Krishna and J. R. Long, Chem. Sci., 2, 2022 (2011).
152. A. Demessence, D.M. D’Alessandro, M. L. Foo and J.R. Long, J. Am. Chem. Soc., 131, 8784 (2009).
153. R. Vaidhyanathan, S. S. Iremonger, K.W. Dawson and G. K. H. Shimizu, Chem. Commun., 5230 (2009).
154. J. An, S. J. Geib and N.L. Rosi, J. Am. Chem. Soc., 132, 38 (2010).
155. R. Vaidhyanathan, S. S. Iremonger, G. K. H. Shimizu, P.G. Boyd, S. Alavi and T. K. Woo, Science, 330, 650 (2010).
156. W. Lu, J. P. Sculley, D. Yuan, R. Krishna, Z. Wei and H. C. Zhou, Angew. Chem. Int. Ed., 51, 7480 (2012).
157. R. Haldar, S.K. Reddy, V.M. Suresh, S. Mohapatra, S. Balasubramanian and T. K. Maji, Chem. Eur. J., 20, 4347 (2014).
158. J.A. Thompson, N.A. Brunelli, R. P. Lively, J. R. Johnson, C.W. Jones and S. Nair, J. Phys. Chem. C, 117, 8198 (2013).