南科大張作泰團隊發表"固態胺CO2捕集材料"系列成果

近日,南方科技大學環境科學與工程學院教授張作泰課題組以固體廢物為主要原料,創新制備出系列廉價、綠色、高效的固廢源多孔奈米載體負載固態胺CO2吸附材料,相關研究成果發表在環境領域知名期刊Environ。 Sci。 Technol。和Chem。 Eng。 J。。

我國是全球氣候治理的積極參與者,堅持積極推動CO2減排工作。開展CO2捕集和封存(CCS)技術能夠從工業排放點源避免CO2排放、減少大氣中已有的CO2,是實現“碳中和”目標的重要組成部分,對於水泥、鋼鐵和化工等行業的深度脫碳、低碳氫能的規模化生產、低碳電力供給、實現負排放等方面具有重要意義。

南科大張作泰團隊發表"固態胺CO2捕集材料"系列成果

圖1。 固廢源鋁基固態胺材料製備及碳中和應用

團隊以高鋁粉煤灰為原料,合成多孔奈米Al2O3載體,並在Al2O3載體上負載PEI製備固態胺材料,成功製備出CO2吸附能力達136 mg·g-1的吸附劑。並且該吸附劑在實際CO2氣氛下迴圈再生依然保持非常穩定的吸附能力,經10次迴圈後CO2吸附量仍高達111 mg·g-1,比傳統的矽基固態胺材料顯著提高了5。5倍。因此,該技術路線既實現了對粉煤灰的高值化利用,又顯著提升了固態胺材料在CO2實際氣氛下再生的迴圈穩定性,在工業源CO2捕集和沼氣純化等CO2捕獲、分離工藝中具有廣泛應用前景,相關研究成果發表在國際知名期刊Chem。 Eng。 J。上。

在此基礎上,團隊繼續深入研究了鋁基固態胺材料的基體-有機胺相互作用機制和抗尿素鏈生成機理。研究表明,奈米Al2O3基體與有機胺分子會發生特有的交聯反應,顯著抑制鋁基固態胺材料在迴圈再生過程中形成尿素鏈,進而大幅度提高鋁基固態胺材料的CO2吸附迴圈穩定性。該研究進一步驗證了鋁基固態胺材料的長期迴圈穩定性,在實際CO2氣氛下迴圈再生100次後吸附能力僅衰減29%。該研究不僅闡明瞭鋁基固態胺材料的CO2吸附迴圈穩定化機制,而且為發展新型抗尿素鏈生成的高穩定固態胺材料提供了設計思路,相關研究工作發表在Environ。 Sci。 Technol。上。

南科大張作泰團隊發表"固態胺CO2捕集材料"系列成果

圖2。 奈米Al2O3載體與有機胺分子的交聯作用機制。

環境學院碩士生李春豔、南方科技大學-哈爾濱工業大學聯合培養博士生沈雪華分別為論文第一作者,張作泰、環境學院研究助理教授顏楓為論文的共同通訊作者,南方科技大學為該論文第一單位和唯一通訊單位。

以上研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、深圳市科技創新委員會資助專案、廣東省高等學校“珠江學者”資助計劃等的支援。

論文連結:

https://doi。org/10。1016/j。cej。2020。128117

https://doi。org/10。1021/acs。est。0c07973

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