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制冷所ITEWA團(tuán)隊(duì)在有關(guān)直接空氣捕集二氧化碳研究上取得新進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間：2021-07-12 閱讀：1002

近日，Cell Press期刊Cell Reports Physical Science發(fā)表了有關(guān)直接空氣捕集二氧化碳研究成果Modified layered double hydroxides for efficient and reversible carbon dioxide capture from air，論文由制冷與低溫工程研究所ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的朱炫燦助理教授、葛天舒教授、王如竹教授與牛津大學(xué)Meng Lyu博士、Dermot O’Hare教授等合作完成，上海交通大學(xué)為第一完成單位。

基于吸附法的直接空氣捕集（DAC）正在成為一種技術(shù)可行的負(fù)排放技術(shù)。DAC能夠捕集分布式碳排放源，不受捕集設(shè)施的位置限制。目前DAC技術(shù)已經(jīng)達(dá)到7級(jí)（示范級(jí)）技術(shù)成熟度。采用堿金屬氫氧化物溶劑的吸收型DAC中試裝置運(yùn)行成本較低，但面臨嚴(yán)重的耗水和較高的再生溫度等問題。相比之下，最近的研究表明通過吸附方式大規(guī)模部署DAC，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是可行的，有望實(shí)現(xiàn)捕集全球每年CO2排放1%的目標(biāo)。基于吸附劑的DAC系統(tǒng)運(yùn)行能耗可達(dá)0.113~0.145 MJ/molCO2，捕集成本為60~190 $/tCO2。

單分子層胺嫁接MgAl-LDH的制備示意圖：A) LDH衍生載體的合成；B) AMOST處理的LDH上的硅烷化反應(yīng)；C) 胺嫁接的結(jié)構(gòu)

制造具有高CO2吸附量、快速吸附動(dòng)力學(xué)和良好的吸附-解吸穩(wěn)定性的廉價(jià)吸附劑對(duì)于DAC工藝的大規(guī)模部署至關(guān)重要。在該論文中，胺功能化、有機(jī)溶劑處理的MgxAl-CO3層狀雙金屬氫氧化物（LDH）納米片被用于快速捕集空氣中的CO2。直鏈型三元胺嫁接于高度分散的LDH納米片產(chǎn)生的吸附劑在25°C和400 ppm的CO2濃度下具有1.05 mmol/g的高吸附量，比胺功能化SBA-15高出30%。更重要的是，在30分鐘內(nèi)其CO2吸附量即可達(dá)到最大容量的70%，而聚胺浸漬材料需要兩倍的時(shí)間。這些吸附劑可以在80°C條件進(jìn)行再生并恢復(fù)其最大CO2吸附量的80%。高度分散的LDH納米片提供了優(yōu)異的熱、水熱和化學(xué)穩(wěn)定性：在50個(gè)吸附-解吸循環(huán)后吸附性能衰減幾乎可以忽略。考慮到潛在的成本效益和可規(guī)模化生產(chǎn)的工藝，單分子層胺功能化有機(jī)溶劑處理的LDH衍生納米片在基于快速變溫吸附的DAC循環(huán)中極具應(yīng)用潛力。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目和上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目資金的資助。王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解決能源、水、空氣交叉領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，成立近三年來在Joule、Advanced Materials、Angewandte Chemie、ACS Energy Letters、ACS Central Science、ACS Materials Letters、Energy Storage Materials、Nano Energy、Water Research等跨學(xué)科交叉期刊上發(fā)表近20篇學(xué)術(shù)論文。

附：期刊簡(jiǎn)介

Cell Reports Physical Science是Cell Press出版集團(tuán)推出的高影響力綜合期刊，旨在發(fā)表物理、化學(xué)、能源科學(xué)、材料科學(xué)以及交叉學(xué)科領(lǐng)域中的重大研究進(jìn)展。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386421001843

供稿：制冷與低溫工程研究所

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