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點(diǎn)石成金!二氧化碳廢氣華麗變身碳納米管

來源:化學(xué)加      2016-07-18
導(dǎo)讀:George Washington University的研究者發(fā)明了讓二氧化碳尾氣轉(zhuǎn)化為碳納米管的新技術(shù)。如果可以應(yīng)用于發(fā)電廠尾氣處理,這項(xiàng)技術(shù)不僅可以消除二氧化碳尾氣排放帶來的環(huán)境問題,還可以產(chǎn)生具有更高附加值的碳納米管,堪稱綠色化學(xué)的典范。

全球變暖,厄爾尼諾——這是我們耳熟能詳?shù)沫h(huán)保概念詞語。而眾所周知,全球變暖的罪魁禍?zhǔn)拙褪嵌趸?。僅2014年,美國一個(gè)國家的化石燃料燃燒便產(chǎn)生出52億噸二氧化碳,其中很大部分來自于發(fā)電廠的尾氣。在可再生能源技術(shù)還不成熟,化石能源依舊占據(jù)主導(dǎo)位置的背景下,高效地將尾氣二氧化碳進(jìn)行回收或者轉(zhuǎn)化則成為了一種可選的方案。

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George Washington University的Stuart Licht 研究團(tuán)隊(duì)在去年發(fā)明了一種技術(shù),可將二氧化碳尾氣轉(zhuǎn)化為碳納米管。技術(shù)的細(xì)節(jié)為使用氧化鋰,在電解狀態(tài)下,反應(yīng)的凈結(jié)果為二氧化碳分解為碳和氧氣。在反應(yīng)過程中通過調(diào)節(jié)氧化鋰濃度等參數(shù)可以使得碳產(chǎn)物為碳納米纖維或者碳納米管等具有高附加值的產(chǎn)品。

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考慮到這項(xiàng)技術(shù)的使用背景為復(fù)合循環(huán)式天然氣發(fā)電廠,該研究組又詳細(xì)地進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算。雖然這種技術(shù)還處于概念階段,但計(jì)算表明其在經(jīng)濟(jì)上完全可行,甚至還會(huì)提高發(fā)電廠的能量使用效率。根據(jù)他們的計(jì)算結(jié)果,普通發(fā)電廠每消耗一噸甲烷燃料,發(fā)電廠可以得到價(jià)值$909的電力并釋放出2.74噸二氧化碳。而利用這種技術(shù)的復(fù)合循環(huán)電廠在消耗等量的燃料下能生產(chǎn)出價(jià)值 $835的電力,雖然比傳統(tǒng)發(fā)電廠要小,但是卻可以同時(shí)生產(chǎn)出價(jià)值$225,000的碳納米管,并且沒有二氧化碳尾氣產(chǎn)生。


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這項(xiàng)技術(shù)的最大亮點(diǎn)在于:在治理環(huán)境問題的同時(shí)又生產(chǎn)出有價(jià)值的產(chǎn)品。發(fā)電的同時(shí)還生產(chǎn)出高價(jià)值的碳材料,而這些碳材料的價(jià)值甚至比發(fā)電創(chuàng)造的價(jià)值還要高。比如,碳納米管質(zhì)輕,強(qiáng)度是鋼鐵的20倍,甚至已經(jīng)在防彈衣中出現(xiàn),在納米電子學(xué)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,碳納米管也開始嶄露頭角。


研究者現(xiàn)在也正在不遺余力地將這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行工業(yè)化推廣。


參考文獻(xiàn)


Ren, J.; Li, F.-F.; Lau, J.; González-Urbina, L.; Licht, S., One-Pot Synthesis of Carbon Nanofibers from CO2. Nano Letters 2015, 15 (9), 6142-6148.

Lau, J.; Dey, G.; Licht, S., Thermodynamic assessment of CO2 to carbon nanofiber transformation for carbon sequestration in a combined cycle gas or a coal power plant. Energy Conversion and Management 2016, 122, 400-410.

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