近期，中国石油集团安全环保技术研究院在分离纯化技术领域权威TOP期刊《Separation and Purification Technology》上发表了题为“High stability and strong hydrophobic hindrance effect of core-shell NaX/polyacrylate composite for CO2 capture”的工作，展示了安全环保院在碳捕集方面的最新进展。工作报道了安全环保院研发出的一种具有核壳结构的新型CO2吸附剂，解决了现有吸附剂在有水的情况下难以维持良好的CO2吸附能力的难题，创新提出了一种粉末材料成型的新技术，同时在多次循环测试中保持性能稳定，具有工业应用潜力。

2023年，全球能源相关的二氧化碳排放量增长了1.1%，增加了4.1亿吨，达到374亿吨的新高。在不可能完全放弃化石能源的情况下，CCUS技术被视为实现温度控制目标的关键技术手段和自下而上的技术保证。在众多碳捕集技术中，有机胺溶液吸收法被认为是最成熟的燃烧后二氧化碳捕获技术，目前正处于商业化阶段，但是节能降耗的潜力较小。相比之下，固体吸附技术没有溶剂蒸发造成的额外能耗，没有设备腐蚀，运行成本低，工艺简单，具被认为极具应用前景的下一代捕集技术。

对于固体吸附技术，多孔材料直接影响二氧化碳捕集的效率和成本。然而，到目前为止，开发的吸附材料还没有实现高CO2吸附容量、快速吸附/解吸动力学、高选择性、高水稳定性和热稳定性、低解吸温度、低原料成本和良好的几何结构等所有性能的统一，吸附技术的潜在优势也没有得到充分发挥。分子筛是一种由铝硅酸盐组成的多孔晶体材料，在气体分离领域显示出良好的应用前景。然而，为了将应用扩展到实际工程中，仍有环境湿度显著增加再生能耗，抑制分子筛对CO2吸附作用充分发挥和分子筛粉末难以直接应用的问题需要解决。

 

图1 吸附剂的工作原理图

为了应对以上问题，安全环保院通过结构调节策略和原位生长技术实现了分子筛与大孔聚合物的复合，成功开发了一种具有核壳结构的毫米级球形吸附剂。借助于合成的特色模板剂原位调节了分子筛晶体结构，并耦合疏水性聚合物赋予材料疏水外壳，完成了两者结构和功能的独特耦合。与原始分子筛相比，开发的吸附剂吸水率（25℃，11%RH）降低了64.77%，即5.20 mmol/g。除此之外，经调制的分子筛纳米晶体暴露出更易接近的吸附活性位点，使吸附剂的CO2工作容量增加到原始分子筛的1.3倍。

图2 (a)材料在40℃下的CO2吸附等温线;(b)材料在120℃下的CO2吸附等温线;(c)大孔聚合物材料在40℃和120℃下的CO2吸附等温线;(d)材料的CO2工作吸附容量

据我们所知，这是即使在材料疏水改性后仍能保持优异气体吸附性能吸附剂的最佳案例。更重要的是，在100次吸附-解吸循环中，吸附剂的CO2吸附容量几乎没有下降。综合材料成本和性能，开发的吸附剂表现出应用潜力。这项工作提供了一种通用的解决方案，可以提高分子筛类材料的表面疏水性，同时在实际应用中保持其高CO2吸附能力。

图3 吸附剂的CO2吸附-解吸循环稳定性

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https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.129689