Investigación

Effects of potassium doping on the composition, structure and carbon dioxide chemisorption of Na₂Zr0₃

A. Sandoval–Díaz and H. Pfeiffer*

Instituto de Investigaciones en Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito exterior s/n, Ciudad Universitaria, Del. Coyoacán, 04510, México D.F., México.

* Corresponding Author
Phone: +52(55)56224627, Fax: +52 (55)56161371,
e–mail: pfeiffer@iim.unam.mx

Recibido el 26 de octubre de 2007
Aceptado el 15 de enero de 2008

Abstract

Solid solutions of sodium and potassium metazirconate, Na_2–x;K_x;ZrO₃, were prepared by coprecipitation. Then, samples were characterized by powder X–ray diffraction, scanning electron microscopy and thermogravimetric analysis. Results show that the solubility limits of potassium in Na₂ZrO₃ is 0.2, Na_1.8K_0.2ZrO₃, and the addition of potassium produced the formation of needle–like particles. Furthermore, Na_2–x;K_x;ZrO₃ solid solutions were tested as CO₂ captors. The analyses of these materials showed that, although all the solid solutions present similar behaviors, the chemisorption and diffusion kinetics were enhanced by the addition of potassium. Na_1.6K_0.4ZrO₃ seems to be the best solid solution for the CO₂ capture. The differences observed in the CO₂ sorption processes were explained by the different ionic radii of sodium and potassium and with thermodynamic data.

Keywords: Absorption; carbon dioxide; sodium and potassium zirconate.

Resumen

Soluciones sólidas de zirconato de sodio y potasio, Na_2–x;K_x;ZrO₃, fueron preparados por el método de coprecipitación. La caracterización de estos materiales fue realizada por difracción de rayos X, microscopia electrónica de barrido y análisis termogravimétrico. Los resultados muestran que el límite de solubilidad de potasio en el zirconato de sodio es 0.2, Na_1.8K_0.2ZrO₃. Ademas, la adición de potasio indujo una morfología, en las partículas del ceramico, en forma de agujas. Posteriormente, las diferentes soluciones sólidas fueron probadas para la captura de CO₂. Aparentemente, Na_1.6K_0.4ZrO₃ resulto ser el mejor cerámico para la captura de CO₂. Los diferentes análisis mostraron que, a pesar de que el comportamiento fue parecido para todas las muestras, los procesos de quimisorción y difusión se incrementaron con la adición de potasio. Los resultados fueron explicados en función de los radios iónicos de sodio y potasio, así como con factores termodinámicos.

Descriptores: Absorción; dióxido de carbono; zirconato de sodio y potasio.

PACS: 61.05.cp; 61.66; 68.37.Hk; 68.43.–h

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Acknowledgements

This work was financially supported by the Mexican government through CONACYT by the projects 23418–SEMARNAT–CONACYT and 46522Q–SEP–CONACYT. Sandoval–Díaz A. wishes to thank CONACYT for its financial support (46522Q–SEP–CONACYT). Furthermore, the authors wished to thank L. Banos and E. Fregoso for technical help in the XRD and thermal analyses, respectively.

References

1. X. Wei, X. Liu and M. Deeba, Appl. Catal. B: Environ. 58 (2005) 41.        [ Links ]

2. M.S. Kwak, J. Hwang, C.O. Park, N. Miura, and N. Yamazoe, Sens. Act. B 56 (1999) 59.        [ Links ]

3. E. Ocho–Fernández, M. Rønning, T. Grande, and D. Chen, Chem. Mater. 18 (2006) 1383.        [ Links ]

4. A. Macario, A. Katovic, G. Giordano, F. Iucolano, and D. Caputo, Microporous Mesoporous Mater. 81 (2005) 139.        [ Links ]

5. K. Nomura, K. Tokumistu, T. Hayakawa, and Z. Homonnay, J. Radioanal. Nucl. Chem. 246 (2000) 69.        [ Links ]

6. H. Mosqueda, C. Vazquez, P. Bosch, and H. Pfeiffer, Chem. Mater. 18 (2006) 2307.        [ Links ]

7. E.J. Karlsen, M.A. Nygren, and L.G.M. Pettersson, J. Phys. Chem. B 107 (2003) 7795.        [ Links ]

8. M. Tutuianu, O.R. Inderwildi, W.G. Bessler, and J. Warnatz, J. Phys. Chem. B 110 (2006) 17484.        [ Links ]

9. J.C. Abanades, G. Grasa, M. Alonso, N. Rodríguez, E.J. Anthony, and L.M. Romeo, Environ. Sci. Technol. 41 (2007) 523.        [ Links ]

10. M. Chen, N. Wang, J. Yu, and A. Yamaguchi, J. Europ. Ceram Soc. 27 (2007) 1953.        [ Links ]

11. K. Nakagawa and T. Ohashi, J. Electrochem. Soc. 145 (1998) 1344.        [ Links ]

12. M.Y Veliz–Enríquez, G. González, and H. Pfeiffer, J. Solid State Chem. 180 (2007) 2485.        [ Links ]

13. J.I. Ida, R. Xiong, and Y.S. Lin, Sep. Purif. Technol. 36 (2004) 41.        [ Links ]

14. H. Pfeiffer and P. Bosch, Chem. Mater. 17 (2005) 1704.        [ Links ]

15. H. Pfeiffer, E. Lima, and P. Bosch, Chem. Mater. 18 (2006) 2642.        [ Links ]

16. H. Pfeiffer, C. Vázquez, V.H. Lara and P. Bosch, Chem. Mater. 19 (2007) 922.        [ Links ]

17. M.J. Venegas, E. Fregoso–Israel, R. Escamilla, and H. Pfeiffer, Ind. Eng. Chem. Res. 46 (2007) 2407.        [ Links ]

18. S. Dash, D.D. Sood, and R. Prasad, J. Nucl. Mater. 228 (1996) 83.        [ Links ]

19. R. Xiong, J. Ida, and Y.S. Lin, Chem. Eng. Scien. 58 (2003) 4377.        [ Links ]

20. R.D. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics 73^rd Edition (CRC Press, Inc., 1992–1993).        [ Links ]