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點石成金!二氧化碳廢氣華麗變身碳納米管

來源:化學加      2016-07-18
導讀:George Washington University的研究者發明了讓二氧化碳尾氣轉化為碳納米管的新技術。如果可以應用于發電廠尾氣處理,這項技術不僅可以消除二氧化碳尾氣排放帶來的環境問題,還可以產生具有更高附加值的碳納米管,堪稱綠色化學的典范。

全球變暖,厄爾尼諾——這是我們耳熟能詳的環保概念詞語。而眾所周知,全球變暖的罪魁禍首就是二氧化碳。僅2014年,美國一個國家的化石燃料燃燒便產生出52億噸二氧化碳,其中很大部分來自于發電廠的尾氣。在可再生能源技術還不成熟,化石能源依舊占據主導位置的背景下,高效地將尾氣二氧化碳進行回收或者轉化則成為了一種可選的方案。

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George Washington University的Stuart Licht 研究團隊在去年發明了一種技術,可將二氧化碳尾氣轉化為碳納米管。技術的細節為使用氧化鋰,在電解狀態下,反應的凈結果為二氧化碳分解為碳和氧氣。在反應過程中通過調節氧化鋰濃度等參數可以使得碳產物為碳納米纖維或者碳納米管等具有高附加值的產品。

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考慮到這項技術的使用背景為復合循環式天然氣發電廠,該研究組又詳細地進行了熱力學計算。雖然這種技術還處于概念階段,但計算表明其在經濟上完全可行,甚至還會提高發電廠的能量使用效率。根據他們的計算結果,普通發電廠每消耗一噸甲烷燃料,發電廠可以得到價值$909的電力并釋放出2.74噸二氧化碳。而利用這種技術的復合循環電廠在消耗等量的燃料下能生產出價值 $835的電力,雖然比傳統發電廠要小,但是卻可以同時生產出價值$225,000的碳納米管,并且沒有二氧化碳尾氣產生。


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這項技術的最大亮點在于:在治理環境問題的同時又生產出有價值的產品。發電的同時還生產出高價值的碳材料,而這些碳材料的價值甚至比發電創造的價值還要高。比如,碳納米管質輕,強度是鋼鐵的20倍,甚至已經在防彈衣中出現,在納米電子學與醫學領域,碳納米管也開始嶄露頭角。


研究者現在也正在不遺余力地將這項技術進行工業化推廣。


參考文獻


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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