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(guó)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(guó)際研究團(tuán)隊(duì)合作，開(kāi)發(fā)了一種有前途的碳捕獲和存儲(chǔ)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(duì)于實(shí)現(xiàn)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。目前二氧化碳捕獲主要通過(guò)基于變壓變溫的物理或化學(xué)吸附過(guò)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)吸附，極大降低了吸附劑的選擇性、容量和循環(huán)性能。化學(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(guò)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(yáng)離子和硫酸根之間通過(guò)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(chǔ)和運(yùn)輸方面的巨大潛力。

研究人員表示，接下來(lái)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(píng)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(guó)科大供圖)

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