催化学报 ›› 2024, Vol. 67: 1-3.DOI: 10.1016/S1872-2067(24)60169-5
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张昊a,b(
), 戚孟辉c, 王勇c()
Hao Zhanga,b(), Menghui Qic, Yong Wangc()
摘要：
全球气候变化的严峻形势促使大规模碳捕集技术成为焦点, 而直接空气捕集(DAC)技术被认为是实现温室气体减排的重要途径. 然而, 传统的DAC技术通常需要高温再生, 这导致了高能耗和高成本的瓶颈, 阻碍了其广泛应用. 因此, 开发低成本、低能耗且高效的DAC技术至关重要. Forse等(Nature, 2024, 630, 654-659)聚焦于一种通过电化学方法合成的带有氢氧根离子的正电荷吸附剂(PCS-OH), 它能够在低温下再生, 有效降低能耗和成本, 同时具有较高的CO2捕集能力和长期稳定性. 该研究不仅为DAC技术提供了新的思路, 也为解决全球气候变化问题作出了积极贡献.
文章创新性地提出了通过电化学过程合成带正电荷的吸附剂(PCS-OH)来捕集CO2的方案. 在充电过程中, 氢氧根离子被引入低成本活性炭的孔隙中, 形成活性位点, 用于CO2吸附. PCS-OH吸附剂在90‒100 °C的低温条件下通过简单加热可实现再生, 显著降低了能耗. X射线衍射、核磁共振和比表面积测试等表征结果表明, 该材料具有高孔隙率并含有氢氧根离子. 微量热法测试结果表明, 吸附过程为强化学吸附, 形成碳酸氢盐. 此外, 该吸附剂在多次吸附-解吸循环中表现出良好的热稳定性和氧化稳定性, 能够长期维持较高的CO2捕集能力. 实验结果显示, PCS-OH在低压条件下展现出显著的CO2吸附能力, 其低压空气条件下的表现突出, 表明其在DAC技术中具有较大应用潜力. 该材料不仅具有较好的电导率, 通过焦耳加热还能显著提高再生效率, 进一步降低运行成本和能耗. 经过14个月的使用, PCS-OH在纯CO2条件下仍能保持良好的吸附能力, 显示出长期稳定性. 同时, 由于活性炭及电解质的低成本, PCS-OH在实际应用中具有显著的经济优势. 高湿度环境对该吸附剂的吸附能力有所影响, 随着相对湿度从11%增加到38%, 其吸附量从0.14 mmol g‒1下降至0.08 mmol g‒1. 为提高PCS-OH在潮湿环境下的吸附性能, 未来研究可通过调整电解质和电极类型、引入疏水官能团以及优化孔径分布和表面化学性质来增强吸附效率. 此外, 进一步优化直接电阻加热方法将提高再生效率、降低能耗, 提升该材料在实际应用中的可行性.
未来, DAC技术将朝着更高效、低成本、适应复杂环境的方向发展. 文章通过开发低温可再生的电化学吸附剂, 为DAC技术的进步提供了重要的科学依据和应用参考.
