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CSR：上交大王如竹、葛天舒團隊綜述吸附法直接空氣捕集二氧化碳研究進展
來源：上海交通大學新聞網(wǎng) 2022-07-21
導讀：近日，上海交大機械與動力工程學院制冷與低溫工程研究所ITEWA創(chuàng)新團隊在國際學術(shù)期刊Chemical Society Reviews（IF = 60.615）發(fā)表有關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。這項研究工作可為關注全球能源和環(huán)境問題的研究人員提供參考，并為進一步部署二氧化碳負排放技術(shù)提供參考指導。
為了實現(xiàn)1.5 °C溫升目標，直接空氣捕集（DAC）被認為是一種不可替代的負排放技術(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，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)定性和化學穩(wěn)定性均有較大改善；吸附法DAC技術(shù)已應用于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、吸附機理模擬、工藝設計、系統(tǒng)集成和技術(shù)經(jīng)濟分析進行了詳盡的描述，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，需要更好地理解載體的結(jié)構(gòu)、功能化和性質(zhì)的對應關系。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)模應用的技術(shù)經(jīng)濟分析。文中總結(jié)了評估DAC吸附劑有效性的關鍵指標，包括吸附劑在其它氣體存在時的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、循環(huán)或再生所需的能量、化學穩(wěn)定性、吸附劑在長期循環(huán)中的機械強度、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、設備和系統(tǒng)。研究工作得到了國家自然科學基金青年項目、上海市農(nóng)業(yè)科技計劃項目、上海市科技創(chuàng)新行動計劃項目、上海市科委項目等資金的資助。王如竹教授領銜的ITEWA創(chuàng)新團隊（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解決能源、水、空氣領域的前沿基礎性科學問題和關鍵技術(shù)，旨在通過學科交叉實現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動相關領域取得突破性進展，近年來在Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Material、Angewandte Chemie-International Edition、Matter、ACS Central Science、ACS Energy Letters、Nature Communication等國際跨學科交叉高水平期刊上發(fā)表30余篇論文。
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