最高吸附值在碳捕集领域取得新突破

2021-08-18 15:04:54

二氧化碳体积吸附量创纪录、显示优异分离能力、不受水汽影响、低成本、自成型、更环保……南京工业大学材料化学工程国家重点实验室教授王军课题组合成自成型含铁丝光沸石吸附剂,一网打尽沸石分子筛碳捕集所有痛点,在碳捕集领域取得新突破。相关研究成果近日在线发表于《科学》。

沸石等物理吸附剂具有适用范围广、成本低、操作简单、吸附剂循环复用便捷等诸多优点,因而在碳捕集领域备受青睐。但是,既有的沸石吸附剂面临着吸附容量不高、气体分离比低、不耐水汽等挑战。

此次实验显示,团队合成的含铁丝光沸石吸附剂在室温298K、1个大气压条件下,吸附量为每立方厘米吸附219立方厘米二氧化碳,是迄今报道的最高值。在同等条件下,工业基准13X沸石吸附剂的最高吸附量为每立方厘米吸附156立方厘米二氧化碳。更重要的是,新材料对氩气、氮气、甲烷等表现出良好的筛分能力,其分离比13X沸石吸附剂高出多个数量级。

“通常在分离过程中,实际气体中都有水汽,大部分吸附剂‘亲水’故而分离性能受水汽干扰严重,常常需要先干燥再吸附。我们的含铁丝光沸石吸附剂分离性能不受水汽干扰,且循环使用性优异。”论文第一作者、南京工业大学教授周瑜说。

此前,课题组形成了独特的“酸水解”路径合成方法。采用这种工艺创制的含铁丝光沸石吸附剂较之以前有两大突破:一是变原来的粉状为高机械强度块状,省却了后续成型工艺,具有典型绿色化工特点;二是独特的孔道结构实现了高效碳捕集。

周瑜表示,二氧化碳直径为0.33纳米,沸石吸附剂孔口尺寸是0.33~0.34纳米,但并不影响固有的较大孔容,如此一来,此孔径便成了二氧化碳“专属”捕集孔。

该研究开拓了杂原子沸石分子筛在气体吸附分离领域的新应用,相关研究成果可应用于发电厂燃烧后的二氧化碳捕集、天然气净化、沼气纯化等方面。

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