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 沸石等吸附材料在碳捕集中，作為一種物理吸附劑，存在吸附容量不高、氣體分離比低、不耐水汽、脫附再生能耗高、粘結(jié)劑成型后性能下降等瓶頸。7月19日，記者從南京工業(yè)大學(xué)獲悉，該校材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化工學(xué)院王軍教授課題組聯(lián)袂浙江大學(xué)、新加坡國(guó)立大學(xué)，合成自成型含鐵絲光沸石吸附劑，破解了沸石分子篩碳捕集痛點(diǎn)，二氧化碳吸附量創(chuàng)新高，可以更精準(zhǔn)地吸附二氧化碳，且性能不受水汽影響，低成本、自成型、更環(huán)保。近日，該成果在線刊發(fā)于國(guó)際著名期刊《科學(xué)》。

　　沸石作為一種經(jīng)典的吸附材料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油化工、氣體吸附分離等眾多領(lǐng)域，作為物理吸附劑具有適用范圍廣、成本低、操作簡(jiǎn)單、吸附劑循環(huán)復(fù)用便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在碳捕集領(lǐng)域備受青睞。

　　不過(guò)，長(zhǎng)期以來(lái)，沸石等吸附劑在碳捕集中存在的分離率低、吸附量不高等瓶頸，影響著它們的使用效率。長(zhǎng)期以來(lái)，課題組成員一直致力于研究一種新的沸石材料，試圖解決這些技術(shù)痛點(diǎn)。

　　“我們逐漸探索形成一種獨(dú)特的‘酸水解’路徑合成方法。這種工藝創(chuàng)制的含鐵絲光沸石吸附劑較之以前有兩大突破，一是變?cè)瓉?lái)的粉狀為高機(jī)械強(qiáng)度塊狀，省卻了后續(xù)成型工藝，具有典型綠色化工特點(diǎn);二是獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高效碳捕集。”論文第一作者、南京工業(yè)大學(xué)教授周瑜說(shuō)。

　　他介紹，團(tuán)隊(duì)采用“酸水解”的合成路徑，經(jīng)過(guò)千百次反復(fù)優(yōu)化，并進(jìn)行性能測(cè)試和結(jié)構(gòu)解析后，得到了一種孔口更小的沸石材料，“二氧化碳直徑為0.33納米，我們的沸石吸附劑孔口尺寸是0.33-0.34納米，一來(lái)可以讓二氧化碳進(jìn)入吸附材料，二來(lái)也能阻止甲烷等分子的進(jìn)入，如此一來(lái)，這個(gè)孔口就成了二氧化碳專屬的‘捕集孔’，吸附更精準(zhǔn)。”

　　實(shí)驗(yàn)顯示，團(tuán)隊(duì)合成的含鐵絲光沸石吸附劑在25攝氏度、1個(gè)大氣壓條件下，每立方厘米可以吸附219立方厘米二氧化碳，是迄今報(bào)道的最高值。同等條件下，用于工業(yè)的13X沸石吸附劑，每立方厘米吸附156立方厘米二氧化碳。更重要的是，含鐵絲光沸石吸附材料對(duì)氬氣、氮?dú)狻⒓淄榈缺憩F(xiàn)出良好的篩分能力，其分離比13X沸石吸附劑高出多個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　此外，在分離過(guò)程中，氣體中若有水汽，有的吸附劑會(huì)遇水不穩(wěn)定，大部分吸附劑親水，故而分離性能受水汽干擾嚴(yán)重，常常需要先干燥再吸附，而課題組合成的吸附劑，分離性能不受水汽干擾，且循環(huán)使用效果較好。

　　“就能耗而言，13X沸石吸附劑在分離二氧化碳和甲烷的混合氣時(shí)，回收一公斤二氧化碳需要消耗0.97兆焦能量，而我們的吸附劑每吸附一公斤二氧化碳僅需消耗0.7兆焦能量。”論文的通訊作者、南京工業(yè)大學(xué)教授王軍說(shuō)，在純度相同的情況下，課題組合成的吸附劑對(duì)二氧化碳的回收率大于95%，甲烷的回收率能從61.9%提升到96.9%。

　　周瑜表示，這一研究是碳捕集領(lǐng)域的重大突破，具有實(shí)際應(yīng)用潛力，開拓了雜原子沸石分子篩在氣體吸附分離領(lǐng)域的新應(yīng)用。

　　“碳捕獲是降低二氧化碳排放、實(shí)現(xiàn)分離回收和綜合利用的有效途徑，對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)具有重要意義。”周瑜說(shuō)，此項(xiàng)研究成果可應(yīng)用于發(fā)電廠燃燒后的二氧化碳捕集、天然氣凈化、沼氣純化等方面。