新型碳捕捉材料的開發分類成技術研究將來發展的重點

　　隨著全球氣候變暖加劇，減少二氧化碳等溫室氣體排放、保護環境成為當前要解決的全球核心問題之一。實現二氧化碳的減排要經過捕捉、運輸、儲存、應用、轉化等過程，這些過程中捕捉成本約占75％ ，甚至更高。目前大多數大排放源的CO2濃度低于15％ ，然而小部分(不到2％)基于化石燃料的工業源的CO2排放濃度超過95％。高濃度源是早期實施二氧化碳捕捉和儲存技術(CCS)的潛在對象。CO2是引起溫室效應的主要氣體之一，同時也是一種潛在的碳資源，CO2作為化工原料、致冷劑、油田增產劑、惰性介質、溶劑和壓力源等在國民經濟各部門有著廣泛的用途。因此，各國都在致力于減少燃燒化石燃料的二氧化碳排放量， 目前二氧化碳捕捉技術廣泛應用于化工、電廠、汽車制造等行業，但是現階段二氧化碳捕捉材料的缺點是循環使用性能差、有毒、捕捉效率低、原材料稀缺、能耗高。所以，新型碳捕捉材料的開發成為研究的重點。 內-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網 t an pa i fa ng . c om
　　
　　1 溶液吸附
　　
　　溶液吸附主要是利用含有胺基官能團的溶液，通過化學吸收法捕捉CO2，目前常用的吸附劑是醇胺類溶液，包括一級醇胺(如乙醇胺)、二級醇胺(如二乙醇胺和二異丙醇胺)及三級醇胺(如甲基二乙醇胺和三乙醇胺)。這種化學吸收法是利用吸收劑與CO2發生化學反應達到回收CO2的目的，并利用其逆反應進行吸收劑再生。該法CO2脫除率較高，是目前回收CO2最有效的方法之一，并且適合于處理CO2分壓低的混合氣體。但是，仍有許多缺點限制了該法的使用：胺容易發生氧化降解使得吸收性能降低，同時還會造成溶液粘度增加，不利于氣體的傳輸；胺及其降解物在吸收劑再生時易揮發，使其吸收能力下降；胺溶液的強堿性對儀器設備的腐蝕作用特別嚴重；操作較為繁瑣；再生耗能高 。
　　
　　2 堿性金屬化合物吸附材料 本文@內/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網-tan pai fang . com
　　
　　由于CO2是酸性氣體，容易吸附在略帶堿性的材料表面。目前主要研究開發的堿性吸附劑有3種：一種是堿性金屬氧化物，如Na20、K20、CaO、MgO和A12O3，在高溫下金屬氧化物均有較好的吸附能力，尤其是氧化鋁，當加入堿金屬(如Li2O、K2O、Na2O)，它在高溫下的吸附能力較物理吸附劑可大大提高；二是堿性金屬鹽，如碳酸鈣、硅酸鹽、硅酸鋰、鋯酸鋰；三是水滑石類混合物，水滑石含有堿性金屬化合物，同時有微孔結構，是一種天然的復合材料，水滑石對二氧化碳的吸附作用引起了人們的研究興趣 。
　　
　　3 炭材料吸附
　　
　　炭材料主要包括活性炭和碳纖維2種材料。
　　
　　(1)活性炭是一種最常見的黑色大比表面積的孔性吸附劑，其主要成分為無定型碳，還有少量的氫、氧、氮、硫及灰分。原材料、制備工藝和活化方法不同，制得活性炭的理化性質和表面化學性質都會有很大差異。決定活性炭吸附能力大小的主要因素是比表面積大小、孔結構特點、表面性質和吸附質的吸附特性。Song和Yong等研究了幾種活性炭類吸附劑在高溫下對CO2的吸附性能 ，對于不同種類的吸附劑，CO2的吸附量與活性炭的比表面積和總孔容成正比；而對于同一種吸附劑吸附量與壓力成正比，與溫度成反比。 本`文@內-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網 ta n pa i fa ng . co m
　　
　　(2)活性碳纖維由有機纖維經炭化、活化而得到，是繼活性炭粉末，活性炭顆粒后的第三代炭材料，活性碳纖維較顆粒狀活性炭比表面積更發達，微孔直徑小(約1 nm)，且微孔體積占總孔體積的90％以上，同時直接開口于纖維表面，因而具有吸附容量大、吸附效率高、吸脫附速度快等優點。由于其結構和性能的特殊性，用活性碳纖維吸附空氣污染物已成為科研工作者的研究熱點，并表現出巨大的應用前景。
　　
　　4 沸石分子篩吸附
　　
　　沸石分子篩是天然或人工合成的含堿金屬和堿土金屬氧化物的結晶硅鋁酸鹽，有嚴格的結構和孔隙，孔隙大小因結構差異略有變化，可對不同分子量物質進行分離。沸石分子篩吸附劑常用于氣體分離和凈化，如空氣制氮、CO2的分離與純化等。它的吸附能力亦隨著溫度的升高而降低。Lila等研究用ASRT5A分子篩吸附除去太空艙中的CO2。實驗表明，溫度升高到175℃時吸附量只有25 cc時的24％ 。在同樣條件下，同為物理吸附的沸石分子篩的吸附量比活性炭高一些 。 內/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網-tan pai fang . com
　　
　　5 介孔材料吸附
　　
　　法國國家科研中心科學家研制出一種名為MIL一101的新型材料，能大量吸附二氧化碳氣體，這種材料有望提升抗全球變暖的能力。這種材料由鉻元素和對苯二甲酸合成，是一種多孔的復合納米材料，材料表面布滿了直徑為3．5 nm的小孔，因此吸附能力十分強大，體積為1 m的MIL一101在25℃下可以儲藏400 m 的二氧化碳。而目前通用的吸附材料在同等條件下的儲藏量不過200 m3 ，這種新型材料可以安放在汽車上，對其排出的二氧化碳進行過濾，從而達到減排溫室氣體的目的。
　　
　　6 硅膠材料吸附
　　
　　梅華等比較了2種硅膠型吸附劑的C02吸附性能，測定了N 和CO2在硅膠和活性炭吸附劑上的吸附等溫線，并考察了不同體系中CO2動態吸附穿透曲線。結果表明，硅膠吸附劑對CO2的吸附量與活性炭相當，吸附選擇性優于活性炭；較大的比表面積和細孔含量高對吸附CO2有利，而合適的孔分布則有利于降低硅膠吸附劑的內擴散阻力。

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　　7 復合材料吸附
　　
　　岳明波、朱建華研究了用介孔分子篩原粉作載體，負載不同有機胺制備CO2吸附材料。固體胺CO2吸附劑通過化學作用，可選擇吸附酸性氣體CO2，受水蒸氣影響較小。采用具有高比
　　
　　表面積和孔體積的介孔材料為載體，制備的固體胺CO2吸附劑，表現出了高吸附量的特性。特別是保留介孔材料原粉里所含的模板劑膠束，在介孔空間里組成不同尺度的“網孔” 對氣流中的CO2進行攔截和吸附，吸附效率較高。
　　
　　Ravikrishna Chatti等對負載胺類化合物的沸石進行了二氧化碳吸附研究，結果表明，沸石通過負載胺類后CO2吸附能力增加了20％ ～30％。這是由于復合材料吸附過程中既發生物理吸附，也發生化學吸附，雙重作用具有協同效應。
　　
　　8 離子液體
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　　與傳統的有機溶劑不同，離子液體由于蒸氣壓力低，在脫碳過程中不會產生揮發性有機物，且使用方便。同時離子液體可以反復多次使用 ，在美國能源部化石能源辦公室和美國國
　　
　　家能源技術實驗室的共同資助下，Jennifer、王仲妮等進行了多種離子液體的物理特性和CO2吸收機理研究。結果表明，在給定的離子液體中，離子液體對CO2具有更好的選擇性；同時發現離子液體具有很高的CO2吸收負荷和更低的再生熱需求。
　　
　　9 堿性離子交換纖維
　　
　　吳政、崔成民等研究了強堿性離子交換纖維吸附CO2。他們模擬氣體吸附、解吸脫附過程，研究發現強堿性離子交換纖維可以較好地吸附CO2氣體。對強堿性陰離子交換纖維吸附CO2
　　
　　氣體的各種影響因素的研究表明：含水量的變化對吸附影響最大，含水量大有利于纖維對氣體的吸附；氣體流速慢有利于纖維對氣體的吸附，流速快也能很好地吸附氣體，只要不超過某個極限氣體的濃度，對纖維的吸附影響較?。唤粨Q柱的形狀也影響纖維的吸附性能，細長的交換柱要比短粗的好。 本+文內.容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網 ta np ai fan g.com
　　
　　10 膜分離技術
　　
　　膜基吸收法 是膜技術與氣體吸收技術相結合的新型膜分離技術。膜基吸收法是膜分離和液體吸收耦合的新型膜分離技術，適合于CO2捕集的膜材料是聚丙烯中空纖維，膜吸收液為活化多胺水溶液，混合氣中CO：組分優先通過膜，被多胺水溶液吸收，然后廢液經過膜蒸餾再生，其再生率可超過98％。不僅占地面積少，操作條件友好，且中空纖維膜面積大、CO2通過率高、溶液再生率高，使得該法將成為未來CO2捕集技術的發展趨勢。
　　
　　隨著人們環保意識的逐漸加強，各個國家對環境保護力度加大，必然會對二氧化碳捕捉材料的發展起到積極的促進作用。近幾年，二氧化碳捕捉材料的研究工作已取得了很大進步，二氧化碳捕捉技術正向價廉、操作工藝簡單、運行成本低，并且可循環長期使用的方向發展。這就要求二氧化碳捕捉材料必須具有生產原料易得，且價格低廉，生產工藝簡單且環保，再生能力好，可循環往復使用等特點，并要求能同時處理二氧化碳、硫化氫、氮的氧化物等多種污染物。這樣就使得智能性二氧化碳捕捉材料成為未來發展趨勢，新材料能在不同氣氛下，根據環境變化，適當調節自身的表面性質，增強吸附性。 本`文@內/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網-tan pai fang. com

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