科学家发现从工业排放中捕集碳的更好方法

科学家发现从工业排放中捕集碳的更好方法

俄勒冈州立大学科学学院的科学家展示了一种经济高效的纳米材料在过滤工业污染物中的二氧化碳方面的潜力。该研究结果发表在《细胞报告物理科学》杂志上，具有重要意义，因为改进碳捕获方法是应对气候变化的关键，俄勒冈州立大学科学学院的主要作者卡罗琳·米勒说。

俄勒冈州立大学的研究人员发现，一种名为金属有机骨架 (MOF) 的低成本纳米材料可以有效去除工业排放中的二氧化碳，即使在潮湿的条件下也是如此。这种由铝和常见配体制成的新型 MOF 可以解决碳捕获的一些挑战，包括高成本和潮湿环境下效率降低。图片来源：俄勒冈州立大学科学学院提供。

二氧化碳是燃烧化石燃料产生的温室气体，是全球变暖的主要原因之一。

他说，过滤空气中碳的设施正在世界各地涌现——世界上最大的设施将于 2021 年在冰岛投入使用——但它们还不足以对全球排放问题产生重大影响。冰岛发电厂一年的二氧化碳排放量相当于约 800 辆汽车的排放量。

但减缓二氧化碳排放进入大气的技术（如工厂）相对发达。其中一项技术涉及一种称为金属有机骨架 (MOF) 的纳米材料，它可以在烟雾通过烟囱时捕获二氧化碳分子。

“捕获二氧化碳对于实现净零排放目标至关重要，”化学助理教授说。“MOF 因其多孔性和结构多样性而在碳捕获方面显示出巨大的前景，但合成 MOF 通常意味着使用经济和环境成本高昂的试剂，例如重金属盐和有毒溶剂。”

此外，处理烟囱气体中的水分使二氧化碳去除变得非常复杂，他说。许多在碳捕获方面表现出前景的 MOF 在潮湿条件下会失去效力。烟气可以干燥，但这会大大增加二氧化碳去除过程的成本，足以使其无法用于工业应用。

因此，我们试图使用 MOF 来解决当前用于碳捕获的材料的各种局限性：成本高、对二氧化碳的选择性差、潮湿条件下的稳定性低以及二氧化碳吸收能力低。

MOF 是由带正电的金属离子和有机“连接”分子（称为配体）组成的结晶多孔材料。金属离子形成节点，与连接体的臂结合在一起，形成重复的笼状结构；该结构具有纳米级孔隙，可以吸附气体，类似于海绵。

MOF 可以通过多种决定其特性的成分进行设计，化学研究人员已经合成了近 100,000 种 MOF，并预测了另外 500,000 种 MOF 的特性。

“在这项研究中，我们引入了一种由铝和一种易得的配体（苯-1,2,4,5-四羧酸）组成的 MOF，”他说。“MOF 在水中合成，仅需几个小时。MOF 的孔隙大小与 CO2 分子相当，这意味着有一个密闭空间来捕获 CO2。”

MOF 在潮湿的环境下也能很好地发挥作用，而且它更喜欢二氧化碳而不是氮气，这一点很重要，因为氮氧化物是烟气的成分之一。如果没有这种选择性，MOF 可能会与错误的分子结合。

“这种 MOF 是湿式燃烧后碳捕获应用的理想选择，因为它成本低，具有出色的分离性能，并且可以再生和重复使用至少三次，具有相当的吸收能力。”