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[科学网新闻]一网打尽沸石分子筛碳捕集痛点

时间:2021-07-19 来源:中国科学报 作者:温才妃 朱琳 杨芳 摄影: 编辑:吉星雨 上传:
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含铁丝光沸石的合成图以及结构示意图以及筛分CO2, Ar, N2和CH4的示意图 www.3522.com普京游戏官网供图

二氧化碳体积吸附量创纪录、显示优异分离能力、不受水汽影响、低成本、自成型、更环保……www.3522.com普京游戏官网材料化学工程国家重点实验室教授王军课题组合成自成型含铁丝光沸石吸附剂,一网打尽沸石分子筛碳捕集所有痛点,在碳捕集领域取得新突破。7月16日,《科学》在线刊发这一研究成果。

www.3522.com普京游戏官网教授周瑜为论文第一作者,www.3522.com普京游戏官网硕士生张建林、www.3522.com普京游戏官网副教授王磊,浙江大学教授崔希利和www.3522.com普京游戏官网博士生刘晓玲为共同第一作者。www.3522.com普京游戏官网教授王军为论文通讯作者,新加坡国立大学教授颜宁和浙江大学教授邢华斌为共同通讯作者。

沸石等物理吸附剂具有适用范围广、成本低、操作简单、吸附剂循环复用便捷等诸多优点,因而在碳捕集领域备受青睐。既有的沸石吸附剂面临着吸附容量不高、气体分离比低、不耐水汽、脱附再生能耗高、粘结剂成型后性能下降等方面的挑战。

实验显示,团队合成的含铁丝光沸石吸附剂在室温298K、1个大气压条件下,其吸附量为219立方厘米每立方厘米,是迄今报道的最高值。在同等条件下,工业基准13X沸石吸附剂的最高吸附量为156立方厘米每立方厘米。更重要的是,所得材料对氩气、氮气、甲烷等表现出良好的筛分能力,其分离比13X沸石吸附剂高出多个数量级。

“通常在分离过程中,实际气体中都有水汽,有的吸附剂遇水不稳定,大部分吸附剂‘亲水’故而分离性能受水汽干扰严重,常常需要先干燥再吸附,我们的含铁丝光沸石吸附剂分离性能不受水汽干扰,且循环使用优异。”周瑜说。

就能耗而言,当下的工业基准13X沸石吸附剂在分离CO2/CH4(50/50)混合气时回收一公斤二氧化碳需要消耗0.97兆焦能量,而他们的吸附剂每吸附一公斤二氧化碳仅需消耗0.7兆焦能量。王军表示,在纯度相同的情况下,他们的吸附剂对CO2的回收率大于95%,CH4的回收率能从61.9%提升到96.9%。

此前,课题组形成了独特的“酸水解”路径合成方法。采用这种工艺创制的含铁丝光沸石吸附剂较之以前有两大突破:一是变原来的粉状为高机械强度块状,省却了后续成型工艺,具有典型绿色化工特点;二是独特的孔道结构实现了高效碳捕集。

周瑜表示,二氧化碳直径为0.33纳米,他们的沸石吸附剂孔口尺寸便是0.33—0.34纳米,但并不影响固有的较大孔容,如此一来,此孔径便成了二氧化碳“专属”捕集孔。

据介绍,这一研究是碳捕集领域的重大突破,具有明显的实际应用潜力,开拓了杂原子沸石分子筛在气体吸附分离领域的新应用。此项研究成果可应用于发电厂燃烧后的二氧化碳捕集、天然气净化、沼气纯化等方面。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.aax5776

作者:温才妃 朱琳 杨芳 来源:中国科学报

2021年7月19日《中国科学报》:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/7/461481.shtm 

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