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CSR：上交大王如竹、葛天舒團(tuán)隊(duì)綜述吸附法直接空氣捕集二氧化碳研究進(jìn)展
來源：上海交通大學(xué)新聞網(wǎng) 2022-07-21
導(dǎo)讀：近日，上海交大機(jī)械與動力工程學(xué)院制冷與低溫工程研究所ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國際學(xué)術(shù)期刊Chemical Society Reviews（IF = 60.615）發(fā)表有關(guān)直接空氣捕集二氧化碳綜述論文Recent advances in direct air capture by adsorption，論文第一作者是制冷與低溫工程研究所朱炫燦助理教授，通訊作者是葛天舒教授和王如竹教授。這項(xiàng)研究工作可為關(guān)注全球能源和環(huán)境問題的研究人員提供參考，并為進(jìn)一步部署二氧化碳負(fù)排放技術(shù)提供參考指導(dǎo)。
為了實(shí)現(xiàn)1.5 °C溫升目標(biāo)，直接空氣捕集（DAC）被認(rèn)為是一種不可替代的負(fù)排放技術(shù)。吸附法DAC技術(shù)近期在以下方面取得較大突破：確定胺基功能化多孔材料作為主要的DAC吸附劑，其胺基對CO2的親和力強(qiáng)，對水分的耐受性高，再生所需的能量低；開發(fā)了制粒、中空纖維、擠出、3D打印、靜電紡絲等可靠的成型方法，制備了結(jié)構(gòu)良好的DAC吸附劑，降低了傳質(zhì)阻力；隨著原位表征技術(shù)和材料模擬工具的發(fā)展，對極稀CO2條件下水對吸附過程的影響機(jī)制更加清晰；DAC吸附劑在高溫、含氧、含二氧化碳或蒸汽環(huán)境下的熱穩(wěn)定性、水熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性均有較大改善；吸附法DAC技術(shù)已應(yīng)用于Power-to-X、密閉空間CO2控制、農(nóng)業(yè)溫室、礦化、微藻養(yǎng)殖等領(lǐng)域。
論文對吸附法DAC的材料開發(fā)、吸附劑成型、原位表征、吸附機(jī)理模擬、工藝設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析進(jìn)行了詳盡的描述，指出吸附法DAC在過去的十年中經(jīng)歷了快速的發(fā)展，特別是胺功能化多孔硅、沸石、有機(jī)金屬框架、多孔碳、樹脂和層狀雙金屬氫氧化物作為空氣捕集材料得到了廣泛探索；同時(shí)，需要更好地理解載體的結(jié)構(gòu)、功能化和性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系。為了提高DAC的技術(shù)可行性，論文指出有必要開發(fā)綜合考慮吸附劑研究和分離工藝的高效氣固接觸器。此外，目前的研究還缺乏對吸附法DAC大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。文中總結(jié)了評估DAC吸附劑有效性的關(guān)鍵指標(biāo)，包括吸附劑在其它氣體存在時(shí)的CO2選擇性、吸附劑在吸附-解吸循環(huán)中CO2的有效吸附量、吸附和解吸動力學(xué)、循環(huán)或再生所需的能量、化學(xué)穩(wěn)定性、吸附劑在長期循環(huán)中的機(jī)械強(qiáng)度、吸附劑在較寬溫度和濕度范圍內(nèi)的性能、基于全生命周期評估的經(jīng)濟(jì)環(huán)境可行性。吸附劑的最終評估需要全面分析工藝中的材料結(jié)構(gòu)（如顆粒、纖維和單體）、可能的循環(huán)配置（如溫度、壓力和濃度變化）和吸附單元結(jié)構(gòu)（如固定床、流化床和旋轉(zhuǎn)床）。為了滿足當(dāng)前和未來的碳捕集需求，論文指出需要協(xié)同開發(fā)新材料、設(shè)備和系統(tǒng)。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、上海市農(nóng)業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目、上海市科技創(chuàng)新行動計(jì)劃項(xiàng)目、上海市科委項(xiàng)目等資金的資助。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，推動相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，近年來在Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Material、Angewandte Chemie-International Edition、Matter、ACS Central Science、ACS Energy Letters、Nature Communication等國際跨學(xué)科交叉高水平期刊上發(fā)表30余篇論文。
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