Enzyme assisted absorption of CO2 in aqueous solutions of alkanolamines and amino acid ionic liquids

Βλασόπουλος, Δημήτριος; Vlasopoulos, Dimitrios

dc.contributor.author	Βλασόπουλος, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Vlasopoulos, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2019-07-11T09:52:05Z
dc.date.available	2019-07-11T09:52:05Z
dc.date.issued	2019-07-11
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49048
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16772
dc.rights	Default License
dc.subject	Ανθρακική ανυδράση	el
dc.subject	Απορρόφηση	el
dc.subject	Ιοντικά υγρά	el
dc.subject	Αλκανολαμίνες	el
dc.subject	Ενζυμική απορρόφηση	el
dc.subject	Carbonic anhydrase	en
dc.subject	Enzymatic absorption	en
dc.subject	Alkanolamines	en
dc.subject	Ionic liquids	en
dc.subject	CO2	en
dc.title	Enzyme assisted absorption of CO2 in aqueous solutions of alkanolamines and amino acid ionic liquids	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιοτεχνολογία	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-02-19
heal.abstract	Carbon dioxide (CO2) is the major contributor of global warming covering more than 60% of greenhouse gases. Major CΟ2 production occurs by industries and power plants using fossil fuel. Chemical absorption is an effective and widely used, by industries, a method for CO2 separation and capture due to low equipment cost, high removal efficiency, stable operation conditions, and mature technology background. The main solvent in industry is the alkanolamines with high absorption rates. Depending on the kind of amine (primary, secondary, tertiary) higher rates have been noticed for Μonoethanolamine (MEA) following by Pentaethylenehexamine (PEHA) and last Methyldiethanolamine (MDEA). As solvents or in mixtures with alkanolamines, the ionic liquids (PEHA-prolinate) offer stability and lower volatility to the system. The use of biocatalysts (enzymes) into the system has been proven to increase the absorption rates useful. Carbonic anhydrase (CA) is a powerful zinc metalloenzyme that accelerates the transformation of carbon dioxide to bicarbonate ion. A mutant version of the carbonic anhydrase has an activity of the order of 4.5 units/μL enzyme solution or 2.07 units/mg of lyophilized enzyme, which remains quite high when the enzyme appears in high temperatures and basic pH. In a tiny clave absorption process, the maximum capacity in CO2 differs among the amines with capacity for an aqueous solution of MDEA (25% w/w) being 80.7mgCO2/g of solvent, 122.0 mgCO2/g of solvent for the PEHA (25% w/w), 109.5 mgCO2/g of solvent for the MEA (25% w/w) and 82.7 mgCO2/g of solvent for the ionic liquid PEHA-prolinate (25% w/w). The absorption rates for the alkanolamines and the ionic liquid were calculated 0.75 mgCO2/g MDEA (25% w/w) /min, 2.79 mgCO2/g PEHA (25% w/w)/min, 3.12 mgCO2/g MEA (25% w/w)/min and 1.64 mgCO2/g PEHA-prolinate (25% w/w)/min. By adding an enzyme solution (1% w/w), an increase of 40%, 9.32%, 8.01% and 4.88% occurred in the absorption rates of MDEA, PEHA, MEA, PEHA-prolinate respectively.	en
heal.abstract	Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) είναι η κύρια αιτίατης υπερθέρμανσης του πλανήτη που καλύπτει περισσότερο από το 60% των αερίων θερμοκηπίου. Η χημική απορρόφηση είναι μια αποτελεσματική και ευρέως χρησιμοποιούμενη από τις βιομηχανίες μέθοδος για τον διαχωρισμό και τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα,χάρης στο χαμηλό κόστος στον εξοπλισμό, της υψηλής απόδοσης, των σταθερών συνθηκών λειτουργίας και της ώριμης τεχνολογίας. Ως κύριος διαλύτης στη βιομηχανία χρησιμοποιούνταιοι αλκανολαμίνεςοι οποίες προσφέρουνυψηλές ταχύτητες απορρόφησης. Ανάλογα με το είδος της αμίνης (πρωτογενής, δευτεροταγής, τριτοταγής), παρατηρούνται υψηλότεροι ρυθμοί απορρόφησηςσε σειράγια τα υδατικά διαλύματα,25% κατά βάρος, τηςμονοαιθανολαμίνη (ΜΕΑ),ακολουθούμενη από την πενταιθυλενοεξαμίνη (PEHA) και τελευταίαςτηςμεθυλοδιαιθανολαμίνη (MDEA). Ως διαλύτες ή σε μίγμα με αμινοδιαλύματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν, επίσης,τα ιοντικά υγρά που προσφέρουν σταθερότητα και χαμηλότερη μεταβλητότητα στο σύστημα.Η προσθήκη βιοκαταλυτών στο σύστημα,όπως είναι το ένζυμοτηςανθρακικήςανυδράσης,αυξάνουν τον ρυθμό απορρόφησης.Η ανθρακική ανυδράση (CA) είναι ένα ισχυρό μεταλλοένζυμο ψευδαργύρου που επιταχύνει τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε όξινο ανθρακικό ιόν. Μία γενετικά τροποποιημένη εκδοχή της ανθρακικής ανυδράσης έχει ενεργότητα της τάξης των 4,5 unit/μL ενζυμικού διαλύματος ή 2,07 units/mg λυοφιλιομένου ενζύμου, την οποίαδιατηρεί σε ικανοποιητικό βαθμό όταν βρεθεί σευψηλές θερμοκρασίες και βασικό pΗ.Σε μια διαδικασία απορρόφησηςσε μικρής κλίμακας εξοπλισμόη μέγιστη χωρητικότητα σε διοξείδιο του άνθρακαδιαφέρει μεταξύ των αμινών με την χωρητικότηταγια το MDEA να φτάνει τα80.7 mgCO2/g διαλύτη, για το PEHA τα 122 mgCO2/g διαλύτη, για το MEAτα109,5mgCO2/g διαλύτη και για το ιοντικό υγρό PEHA-προλίνη να φτάνει τα82.7μgCO2/g διαλύτη. Οι ρυθμοί απορρόφησης για τα υδατικά διαλύματα,25% κατά βάρος,των MDEA, PEHA, MEAκαι PEHΑ-προλίνηυπολογίστηκαν σε 0.75 mgCO2/(g διαλύτηmin), 2.79 mgCO2/(g διαλύτηmin), 3.12 mgCO2/(g διαλύτηmin)και 1.64 mgCO2/(gδιαλύτηmin) αντίστοιχα. Με την προσθήκηενζυμικού διαλύματος,2% κατά βάροςστα παραπάνω 2υδατικά διαλύματα,παρατηρήθηκε αύξησηστον ρυθμό απορρόφησης κατά40%για το MDEA,9.32%για το PEHA, 8.01%για το MEAκαι 4.88% για το PEHA-προλίνη.Σε μεσαίας κλίμακας εξοπλισμό, υπολογίστηκαν οι ρυθμοί απορρόφησης και εκρόφησηςαλκανολαμινών και τωνμειγμάτωνμεταξύ τους και με ιοντικά υγρά, προσφέροντας σημαντικά αποτελέσματα. Συγκεκριμένα, το μείγμα MDEA-PEHA,σε αναλογία 1:1, παρουσίασε υψηλότερο ρυθμόσε σχέση με τον ρυθμόαπορρόφησηςτου διαλύματος MDEA,πλησιάζοντας τον ρυθμό απορρόφησης του διαλύματος PEHA. Το μίγμα (PEHA-προλίνη)-MDEAσε αναλογία 1:1 παρουσίασε επίσης υψηλό ρυθμό απορρόφησης. Πειράματα πραγματοποιήθηκαν επίσης σε πιλοτική εγκατάσταση για υδατικό διάλυμα MDEA, 25% κατά βάρος,χωρίς ένζυμ	el
heal.advisorName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κάκαλη, Γλυκερία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	true