上海交大王如竹、葛天舒团队综述吸附法直接空气捕集二氧化碳研究进展

　　近日，上海交大机械与动力工程学院制冷与低温工程研究所ITEWA创新团队在国际学术期刊Chemical Society Reviews（IF = 60.615）发表有关直接空气捕集二氧化碳综述论文Recent advances in direct air capture by adsorption，论文第一作者是制冷与低温工程研究所朱炫灿助理教授，通讯作者是葛天舒教授和王如竹教授。这项研究工作可为关注全球能源和环境问题的研究人员提供参考，并为进一步部署二氧化碳负排放技术提供参考指导。

　　为了实现1.5 °C温升目标，直接空气捕集（DAC）被认为是一种不可替代的负排放技术。吸附法DAC技术近期在以下方面取得较大突破：确定胺基功能化多孔材料作为主要的DAC吸附剂，其胺基对CO2的亲和力强，对水分的耐受性高，再生所需的能量低；开发了制粒、中空纤维、挤出、3D打印、静电纺丝等可靠的成型方法，制备了结构良好的DAC吸附剂，降低了传质阻力；随着原位表征技术和材料模拟工具的发展，对极稀CO2条件下水对吸附过程的影响机制更加清晰；DAC吸附剂在高温、含氧、含二氧化碳或蒸汽环境下的热稳定性、水热稳定性和化学稳定性均有较大改善；吸附法DAC技术已应用于Power-to-X、密闭空间CO2控制、农业温室、矿化、微藻养殖等领域。

　　胺功能化材料吸附空气中二氧化碳示意图

　　论文对吸附法DAC的材料开发、吸附剂成型、原位表征、吸附机理模拟、工艺设计、系统集成和技术经济分析进行了详尽的描述，指出吸附法DAC在过去的十年中经历了快速的发展，特别是胺功能化多孔硅、沸石、有机金属框架、多孔碳、树脂和层状双金属氢氧化物作为空气捕集材料得到了广泛探索；同时，需要更好地理解载体的结构、功能化和性质的对应关系。为了提高DAC的技术可行性，论文指出有必要开发综合考虑吸附剂研究和分离工艺的高效气固接触器。此外，目前的研究还缺乏对吸附法DAC大规模应用的技术经济分析。文中总结了评估DAC吸附剂有效性的关键指标，包括吸附剂在其它气体存在时的CO2选择性、吸附剂在吸附-解吸循环中CO2的有效吸附量、吸附和解吸动力学、循环或再生所需的能量、化学稳定性、吸附剂在长期循环中的机械强度、吸附剂在较宽温度和湿度范围内的性能、基于全生命周期评估的经济环境可行性。吸附剂的最终评估需要全面分析工艺中的材料结构（如颗粒、纤维和单体）、可能的循环配置（如温度、压力和浓度变化）和吸附单元结构（如固定床、流化床和旋转床）。为了满足当前和未来的碳捕集需求，论文指出需要协同开发新材料、设备和系统。

　　研究工作得到了国家自然科学基金青年项目、上海市农业科技计划项目、上海市科技创新行动计划项目、上海市科委项目等资金的资助。

　　王如竹教授领衔的ITEWA创新团队（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解决能源、水、空气领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展，近年来在Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Material、Angewandte Chemie-International Edition、Matter、ACS Central Science、ACS Energy Letters、Nature Communication等国际跨学科交叉高水平期刊上发表30余篇论文。

　　论文链接：https://doi.org/10.1039/D1CS00970B

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