【化工科技十年大发展】041-2023中科大开发超分子结构变换常温常压二氧化碳捕获新方法

　　5月4日，从中国科学技术大学传出消息，由该校刘波教授、南方科技大学徐强教授和阿卜杜拉国王科技大学Cafer T. Yavuz教授组成的研究团队开发出一种二氧化碳捕获和存储新方法，可实现常温常压下二氧化碳的可逆捕获与释放。

　　研究团队提出了基于超分子结构变换的二氧化碳捕获新技术，使用廉价的硫酸胍与二氧化碳共结晶形成稳定的晶态二氧化碳包合物(以下简称包合物)。与现有技术相比，该技术具有选择性高、能耗低，吸附剂稳定、无腐蚀性等特点，适于储存和运输，释放纯二氧化碳后的硫酸胍水溶液还可直接用于新一轮捕获。

　　碳捕获是碳捕集利用与封存技术(CCUS)的重要环节，对于实现国家“双碳”目标具有重要意义，同时也是未来“绿碳”的重要来源。目前二氧化碳捕获主要通过基于变压变温的物理或化学吸附过程完成。物理吸附剂虽然具有吸附热低和易于再生的优点，但烟道气和环境中的水汽与二氧化碳存在竞争吸附，降低了吸附剂的选择性、容量和循环性能。化学吸附剂如乙醇胺、有机胍等虽然具有高的选择性，但吸附剂的再生过程需要消耗巨大的能量。

　　如何降低二氧化碳捕获和释放时的能耗具有重要意义。基于前期研究成果，研究团队进一步将动态氢键框架结构变换应用于二氧化碳捕获。在常温常压条件下，他们成功模拟了二氧化碳水合物的动态行为，开发了一种全新的二氧化碳捕获和储存方法。他们利用二氧化碳与硫酸胍共结晶形成包合物，实现对二氧化碳的单一选择性捕获，并通过包合物结构坍塌实现低能耗释放高纯度二氧化碳，得到的硫酸胍可直接用于下一个循环，实现低能耗碳捕获循环。

　　从科学意义上，物理吸附和化学吸附捕获二氧化碳所面临的问题均源自于其吸附作用的强弱，因此调控二氧化碳与吸附材料间的相互作用是革新二氧化碳捕获的关键所在。研究人员发现，在室温附近、二氧化碳压力数十千帕的条件下，从硫酸胍水溶液中可以得到包合物。进一步的结构分析表明，二氧化碳被包裹在胍阳离子和硫酸根之间通过氢键和静电相互作用构筑的框架中。研究人员还发现，二氧化碳仅与框架中的胍离子存在静电作用，这也是包合物结晶沉淀的驱动力。强弱适中的相互作用使得二氧化碳的捕获和释放均能在温和条件下进行。

　　此外，包合物中二氧化碳的体积密度和质量分数分别为0.252克/立方厘米和17%;单位体积的包合物含有相同温度压力条件下60倍体积的二氧化碳气体，而相同温度、体积下二氧化碳的压力达到6兆帕，揭示了其在碳捕获存储和运输方面的巨大潜力。下一步，研究团队将积极推进中小试规模下碳捕获能耗和成本的评估，以期实现碳捕获在能耗和经济性两方面的优越性。（仲科）

碳捕获是碳捕集利用与封存技术(CCUS)的重要环节，对于实现国家“双碳”目标具有重要意义，同时也是未来“绿碳”的重要来源

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中原人 发表于 2023-5-9 15:18
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【化工科技十年大发展】042-2023我国首次实现固态氢能发电并网
https://bbs.hcbbs.com/thread-3606120-1-1.html
(出处: 化海川流-海川网)

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天河 发表于 2023-5-10 07:45
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【化工科技十年大发展】系列汇总贴，持续更新中！
https://bbs.hcbbs.com/thread-3594069-1-1.html
(出处: 化海川流-海川网)

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包合物中二氧化碳的体积密度和质量分数分别为0.252克/立方厘米和17%;单位体积的包合物含有相同温度压力条件下60倍体积的二氧化碳气体，而相同温度、体积下二氧化碳的压力达到6兆帕，揭示了其在碳捕获存储和运输方面的巨大潜力。

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