新方法實現(xiàn)常溫常壓下二氧化碳捕獲與釋放

中國科學技術(shù)大學4月23日發(fā)布消息，該校劉波教授、南方科技大學徐強教授和阿卜杜拉國王科技大學Cafer T. Yavuz教授合作，開發(fā)出第一個用二氧化碳作為客體分子模擬二氧化碳水合物結(jié)構(gòu)的例子，使用廉價的硫酸胍與二氧化碳共結(jié)晶形成穩(wěn)定的包合物，實現(xiàn)環(huán)境溫度壓力條件下二氧化碳可逆的捕獲與釋放。

 

碳捕獲是碳捕集利用與封存技術(shù)(CCUS)的重要環(huán)節(jié)，對于實現(xiàn)國家“雙碳”戰(zhàn)略目標具有重要意義，同時也是未來“綠碳”的重要來源。目前二氧化碳捕獲主要通過基于變壓變溫的物理或化學吸附過程完成。物理吸附劑采用具有高比表面積的多孔材料，二氧化碳分子通過弱相互作用進入吸附劑的孔道。雖然具有吸附熱低和易于再生的優(yōu)點，但煙道氣和環(huán)境中的水汽與二氧化碳分子存在競爭吸附，極大降低了吸附劑的選擇性、容量和循環(huán)性能?；瘜W吸附劑如乙醇胺(MEA)，有機胍等雖然具有高的選擇性但吸附劑的再生過程需要消耗巨大的能量。

 

近日，劉波教授課題組與合作者團隊將動態(tài)氫鍵框架結(jié)構(gòu)變換應(yīng)用于二氧化碳捕獲。在常溫常壓條件下，成功實現(xiàn)模擬二氧化碳水合物的動態(tài)行為，開發(fā)了一種全新的二氧化碳捕獲和儲存方法。二氧化碳與硫酸胍共結(jié)晶形成包合物，實現(xiàn)對二氧化碳的單一選擇性捕獲，并通過包合物結(jié)構(gòu)坍塌實現(xiàn)低能耗釋放高純度二氧化碳，得到的硫酸胍可直接用于下一個循環(huán)，實現(xiàn)低能耗碳捕獲循環(huán)。

 

該研究工作提出了基于超分子結(jié)構(gòu)變換的二氧化碳捕獲新技術(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該技術(shù)具有選擇性高，低能耗，吸附劑穩(wěn)定無腐蝕性，適于儲存和運輸，釋放純二氧化碳后的硫酸胍水溶液可直接用于新一輪捕獲等優(yōu)點。接下來研究團隊將積極推進中小試規(guī)模下碳捕獲能耗和成本的評估，以期實現(xiàn)碳捕獲在能耗和經(jīng)濟性兩方面的優(yōu)越性