南京工业大学碳捕集研究突破性成果刊发《科学》

交汇点讯  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……南京工业大学材料化学工程国家重点实验室、化工学院王军教授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》（Science）杂志全文在线刊发这一最新研究成果（刊发链接：https://science.sciencemag.org/content/373/6552/315 ）南京工业大学周瑜教授为论文第一作者，南京工业大学硕士研究生张建林、南京工业大学王磊副教授，浙江大学崔希利教授和南京工业大学博士生刘晓玲为共同第一作者。南京工业大学王军教授为论文通讯作者，新加坡国立大学颜宁教授和浙江大学邢华斌教授为共同通讯作者。论文的通讯单位依次为南京工业大学、浙江大学、新加坡国立大学。

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。周瑜教授介绍道：“但是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，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。”周瑜教授介绍道。

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，而我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。说起回收率高、能耗低的“利好”，王军教授很是开心：“在纯度相同的情况下，我们吸附剂对CO2的回收率大于95%，CH4的回收率能从61.9%提升到96.9%。”

新华日报·交汇点记者了解到，早在十五年前，课题组成员就开始了这类沸石材料研究，并逐渐形成独特的“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。

“我们采用所发展的‘酸水解’独特合成路径，经过千百次反复优化，加之现代最先进仪器支撑的性能测试和结构解析，才最终取得这样的优异结果。”据周瑜介绍，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。

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。“碳捕获是降低二氧化碳排放、实现分离回收和综合利用的有效途径，对于实现碳达峰和碳中和目标具有重要意义。”据周瑜介绍，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。  

通讯员：朱琳 杨芳

新华日报·交汇点记者  谢诗涵

编辑: 王甜