常溫常壓下實(shí)現(xiàn)二氧化碳可逆的捕獲與釋放 全球獨(dú)家

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記者24日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校劉波教授、南方科技大學(xué)徐強(qiáng)教授與國際研究團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了一種有前途的碳捕獲和存儲方法，首次用二氧化碳作為客體分子模擬二氧化碳水合物結(jié)構(gòu)，使用廉價(jià)的硫酸胍與二氧化碳共結(jié)晶形成穩(wěn)定的包合物，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度壓力條件下二氧化碳可逆的捕獲與釋放。研究成果日前發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告物質(zhì)科學(xué)》上。

碳捕獲是碳捕集利用與封存技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，對于實(shí)現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。目前二氧化碳捕獲主要通過基于變壓變溫的物理或化學(xué)吸附過程完成。物理吸附劑采用具有高比表面積的多孔材料，二氧化碳分子通過弱相互作用進(jìn)入吸附劑的孔道。雖然具有吸附熱低和易于再生的優(yōu)點(diǎn)，但煙道氣和環(huán)境中的水汽與二氧化碳分子存在競爭吸附，極大降低了吸附劑的選擇性、容量和循環(huán)性能?；瘜W(xué)吸附劑如乙醇胺、有機(jī)胍等雖然具有高的選擇性但吸附劑的再生過程需要消耗巨大的能量。如何降低二氧化碳捕獲和釋放時(shí)的能耗具有重要意義。?

在前期工作基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步將動(dòng)態(tài)氫鍵框架結(jié)構(gòu)變換應(yīng)用于二氧化碳捕獲。研究人員發(fā)現(xiàn)，在室溫附近從硫酸胍水溶液中可以得到晶態(tài)二氧化碳包合物。進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)分析表明，二氧化碳被包裹在胍陽離子和硫酸根之間通過氫鍵和靜電相互作用構(gòu)筑的框架中。令人驚訝的是，二氧化碳僅與框架中的胍離子存在靜電作用，這也是二氧化碳與硫酸胍共結(jié)晶形成包合物結(jié)晶沉淀的驅(qū)動(dòng)力。強(qiáng)弱適中的相互作用使得的捕獲和釋放均能在溫和條件下進(jìn)行。另外，單位體積的二氧化碳與硫酸胍共結(jié)晶形成包合物結(jié)晶含有相同溫度壓力條件下60倍體積的二氧化碳?xì)怏w，而相同溫度、體積下二氧化碳的壓力達(dá)到6兆帕，揭示了其在碳捕獲存儲和運(yùn)輸方面的巨大潛力。

研究人員表示，接下來研究團(tuán)隊(duì)將積極推進(jìn)中小試規(guī)模下碳捕獲能耗和成本的評估，以期實(shí)現(xiàn)碳捕獲在能耗和經(jīng)濟(jì)性兩方面的優(yōu)越性。

(中國科大供圖)

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