新方法實(shí)現(xiàn)常溫常壓下二氧化碳捕獲與釋放

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)4月23日發(fā)布消息，該校劉波教授、南方科技大學(xué)徐強(qiáng)教授和阿卜杜拉國王科技大學(xué)Cafer T. Yavuz教授合作，開發(fā)出第一個(gè)用二氧化碳作為客體分子模擬二氧化碳水合物結(jié)構(gòu)的例子，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。

 

碳捕獲是碳捕集利用與封存技術(shù)(CCUS)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)國家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義，同時(shí)也是未來“綠碳”的重要來源。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(MEA)，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。

 

近日，劉波教授課題組與合作者團(tuán)隊(duì)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。在常溫常壓條件下，成功實(shí)現(xiàn)模擬二氧化碳水合物的動(dòng)態(tài)行為，開發(fā)了一種全新的二氧化碳捕獲和儲(chǔ)存方法。二氧化碳與硫酸胍共結(jié)晶形成包合物，實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的單一選擇性捕獲，并通過包合物結(jié)構(gòu)坍塌實(shí)現(xiàn)低能耗釋放高純度二氧化碳，得到的硫酸胍可直接用于下一個(gè)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)低能耗碳捕獲循環(huán)。

 

該研究工作提出了基于超分子結(jié)構(gòu)變換的二氧化碳捕獲新技術(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該技術(shù)具有選擇性高，低能耗，吸附劑穩(wěn)定無腐蝕性，適于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，釋放純二氧化碳后的硫酸胍水溶液可直接用于新一輪捕獲等優(yōu)點(diǎn)。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(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