本报讯 日前，我校材料化学工程国家重点实验室、化工学院王军教授课题组联袂浙江大学、新加坡国立大学，合成自成型含铁丝光沸石吸附剂，破解了沸石分子筛碳捕集痛点，二氧化碳吸附量创新高，且性能不受水汽影响。近日，该成果在线刊发于国际著名期刊《科学》上。
沸石作为一种经典的吸附材料， 已经广泛应用于石油化工、气体吸附分离等众多领域，具有适用范围广、成本低、操作简单、循环复用便捷等诸多优点，因而在碳捕集领域备受青睐。
不过， 沸石等吸附剂在碳捕集中存在吸附容量不高、气体分离比低、不耐水汽、脱附再生能耗高等问题。长期以来，课题组成员一直致力于研究一种新的沸石材料，试图解决这些技术痛点。
“我们逐渐探索形成一种独特的‘酸水解’路径合成方法。 这种工艺创制的含铁丝光沸石吸附剂较之以前有两大突破， 一是变原来的粉状为高机械强度块状，省却了后续成型工艺，具有典型绿色化工特点；二是独特的孔道结构实现了高效碳捕集。 ”论文第一作者、化工学院周瑜教授说。
他介绍，团队采用“酸水解”的合成路径，经过千百次反复优化，并进行性能测试和结构解析后，得到了一种孔口更小的沸石材料。“二氧化碳直径为 0.33纳米， 我们的沸石吸附剂孔口尺寸是 0.33—0.34 纳米，一来可以让二氧化碳进入吸附材料，二来也能阻止甲烷等分子进入，如此一来，这个孔口就成了二氧化碳专属的‘捕集孔’，吸附更精准。 ”周瑜说。
实验显示， 团队合成的含铁丝光沸石吸附剂在25 摄氏度、1 个大气压条件下，每立方厘米可以吸附219 立方厘米二氧化碳，是迄今报道的最高值。 更重要的是，含铁丝光沸石吸附材料对氩气、氮气、甲烷等表现出良好的筛分能力，其分离比 13X 沸石吸附剂高出多个数量级。
此外，在分离过程中，气体中若有水汽，有的吸附剂会遇水不稳定，常常需要先干燥再吸附。而课题组合成的吸附剂，分离性能不受水汽干扰，且循环使用效果较好。
“就能耗而言，13X 沸石吸附剂在分离二氧化碳和甲烷的混合气体时， 回收 1 公斤二氧化碳需要消耗 0.97 兆焦能量，而我们的吸附剂每吸附 1 公斤二氧化碳仅需消耗 0.7 兆焦能量。 ”论文通讯作者王军教授说，在纯度相同的情况下，课题组合成的吸附剂对二氧化碳的回收率大于 95%， 甲烷的回收率能从61.9%提升到 96.9%。
“碳捕获是降低二氧化碳排放、实现分离回收和综合利用的有效途径， 此项研究成果可应用于发电厂燃烧后的二氧化碳捕集、天然气净化、沼气纯化等方面”周瑜说。
朱琳 杨芳