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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      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創新團隊在國際學術期刊Chemical Society Reviews（IF = 60.615）發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提供參考指導。
為了實現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。吸附法DAC技術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，制備了結構良好的DAC吸附劑，降低了傳質阻力；隨著原位表征技術和材料模擬工具的發展，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境下的熱穩定性、水熱穩定性和化學穩定性均有較大改善；吸附法DAC技術已應用于Power-to-X、密閉空間CO2控制、農業溫室、礦化、微藻養殖等領域。

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胺功能化材料吸附空氣中二氧化碳示意圖
論文對吸附法DAC的材料開發、吸附劑成型、原位表征、吸附機理模擬、工藝設計、系統集成和技術經濟分析進行了詳盡的描述，指出吸附法DAC在過去的十年中經歷了快速的發展，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構、功能化和性質的對應關系。為了提高DAC的技術可行性，論文指出有必要開發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大規模應用的技術經濟分析。文中總結了評估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-解吸循環中CO2的有效吸附量、吸附和解吸動力學、循環或再生所需的能量、化學穩定性、吸附劑在長期循環中的機械強度、吸附劑在較寬溫度和濕度范圍內的性能、基于全生命周期評估的經濟環境可行性。吸附劑的最終評估需要全面分析工藝中的材料結構（如顆粒、纖維和單體）、可能的循環配置（如溫度、壓力和濃度變化）和吸附單元結構（如固定床、流化床和旋轉床）。為了滿足當前和未來的碳捕集需求，論文指出需要協同開發新材料、設備和系統。
研究工作得到了國家自然科學基金青年項目、上海市農業科技計劃項目、上海市科技創新行動計劃項目、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，旨在通過學科交叉實現材料-器件-系統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表30余篇論文。
論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D1CS00970B
參考資料：https://news.sjtu.edu.cn/jdzh/20220719/173058.html


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