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中化新網(wǎng)訊 二氧化碳體積吸附量創(chuàng)紀(jì)錄、分離能力優(yōu)異、不受水汽影響、低成本、自成型、更環(huán)保······南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化工學(xué)院王軍教授課題組合成的自成型含鐵絲光沸石吸附劑，在碳捕集領(lǐng)域取得新突破。7月16日，《科學(xué)》雜志全文在線刊發(fā)這一最新研究成果。
沸石等物理吸附劑具有適用范圍廣、成本低、操作簡單、吸附劑循環(huán)使用便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在碳捕集領(lǐng)域備受青睞。“但既有的沸石吸附劑面臨著吸附容量不高、氣體分離比低、不耐水汽、脫附再生能耗高、黏結(jié)劑成型后性能下降等方面的挑戰(zhàn)。”南京工業(yè)大學(xué)周瑜教授介紹說。
實(shí)驗(yàn)顯示，團(tuán)隊合成的含鐵絲光沸石吸附劑在常溫、常壓條件下，其吸附量為219立方厘米/立方厘米，是迄今報道的最高值。同等條件下，工業(yè)基準(zhǔn)13X沸石吸附劑的最高吸附量為156立方厘米/立方厘米。更重要的是，所得材料對氬氣、氮?dú)狻⒓淄榈缺憩F(xiàn)出良好的篩分能力，其分離比13X沸石吸附劑高出多個數(shù)量級。
“通常在分離過程中，實(shí)際氣體中都有水汽，有的吸附劑遇水不穩(wěn)定，大部分吸附劑‘親水’故而分離性能受水汽干擾嚴(yán)重，常常需要先干燥再吸附，而含鐵絲光沸石吸附劑分離性能不受水汽干擾，且循環(huán)使用優(yōu)異。”周瑜教授表示。
就能耗而言，當(dāng)下的工業(yè)基準(zhǔn)13X沸石吸附劑在分離二氧化碳/甲烷(50/50)混合氣時，回收1千克二氧化碳需要消耗0.97兆焦能量，而含鐵絲光沸石吸附劑每吸附1千克二氧化碳僅需消耗0.7兆焦能量。王軍教授表示：“在純度相同的情況下，我們團(tuán)隊研發(fā)的吸附劑對二氧化碳的回收率大于95%，甲烷的回收率能從61.9%提升到96.9%。”
早在15年前，課題組成員就開始了這類沸石材料研究，并逐漸形成獨(dú)特的“酸水解”路徑合成方法。團(tuán)隊采用該工藝制備的含鐵絲光沸石吸附劑實(shí)現(xiàn)兩大突破：一是變原來的粉狀為高機(jī)械強(qiáng)度塊狀，省卻了后續(xù)成型工藝，具有典型綠色化工特點(diǎn)；二是獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高效碳捕集。
據(jù)周瑜介紹，二氧化碳直徑為0.33納米，含鐵絲光沸石吸附劑孔口尺寸為0.33~0.34納米，如此一來，此孔徑便成了二氧化碳“專屬”捕集孔。這一研究具有實(shí)際應(yīng)用潛力，開拓了雜原子沸石分子篩在氣體吸附分離領(lǐng)域的新應(yīng)用。此項(xiàng)研究成果可應(yīng)用于發(fā)電廠燃燒后的二氧化碳捕集、天然氣凈化、沼氣純化等方面。
