日本研究人員開(kāi)發(fā)出能在較低溫度下釋放捕獲二氧化碳的碳材料，有望降低碳捕集成本。

日本研究人員開(kāi)發(fā)出一種新型碳基材料，可在更低溫度下釋放所捕獲的二氧化碳，從而可能降低碳捕集成本。

現(xiàn)有大多數(shù)系統(tǒng)需要高溫來(lái)釋放捕獲的二氧化碳。這一被稱為解吸的步驟通常需要超過(guò)212°F的溫度，導(dǎo)致該過(guò)程能耗高且成本高昂。

這也是碳捕集技術(shù)雖已存在數(shù)十年卻未能廣泛推廣的主要原因之一。

這種名為"維夏石"的新材料能在低于140°F的溫度下釋放大部分捕獲的二氧化碳，提供了一種更節(jié)能的替代方案。

更低溫度，更低成本

這項(xiàng)研究由千葉大學(xué)的科學(xué)家主導(dǎo)，他們通過(guò)精確控制碳結(jié)構(gòu)中氮原子的排列方式，開(kāi)發(fā)出三種此類材料。

碳基固體吸附劑已被視為液體系統(tǒng)的有力替代品，因其能以較低能耗捕集二氧化碳。然而在大多數(shù)情況下，結(jié)合二氧化碳的化學(xué)基團(tuán)呈隨機(jī)分布，導(dǎo)致性能難以預(yù)測(cè)。

新方法改變了這一狀況。研究團(tuán)隊(duì)制備的材料中，含氮基團(tuán)以特定模式彼此相鄰排列。這種精確的排布方式提升了材料捕集與釋放二氧化碳的性能。

研究人員通過(guò)高溫處理與化學(xué)改性相結(jié)合的多步工藝制備這些材料，最終得到三種氮構(gòu)型各異的材料。

性能測(cè)試表明，其中兩種材料的二氧化碳捕集效率優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)碳材料。其中一種材料在解吸環(huán)節(jié)表現(xiàn)突出，能在顯著更低的溫度下釋放大部分氣體。

"性能評(píng)估顯示，在NH2基團(tuán)相鄰引入的碳材料中，大部分吸附的二氧化碳在60°C以下即可解吸，"山田泰裕表示。

分子層面的設(shè)計(jì)

降低二氧化碳釋放所需溫度，可使該過(guò)程利用工業(yè)余熱而非專用供熱系統(tǒng)，從而減少能耗。這能使碳捕集技術(shù)對(duì)發(fā)電、制造等大量排放的行業(yè)更具實(shí)用性。

研究還發(fā)現(xiàn)，不同的氮構(gòu)型會(huì)影響材料耐久性。某材料雖在低溫下表現(xiàn)最佳，但另一種材料因其化學(xué)結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出更優(yōu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

"我們的動(dòng)力是為未來(lái)社會(huì)做貢獻(xiàn)，并應(yīng)用我們近期開(kāi)發(fā)的具有可控結(jié)構(gòu)的碳材料，"山田表示。

研究人員指出，除碳捕集外，這類材料憑借可調(diào)的表面特性，還可應(yīng)用于金屬吸附、催化等領(lǐng)域。

該研究通過(guò)證明氮構(gòu)型能以可控且可重復(fù)的方式構(gòu)建，為設(shè)計(jì)更高效的碳捕集材料提供了新方向。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表于《碳》期刊。

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