《科学》杂志报道南工大沸石吸附剂

采用“酸水解”合成路径实现两大突破

　　中化新网讯 二氧化碳体积吸附量创纪录、分离能力优异、不受水汽影响、低成本、自成型、更环保······南京工业大学材料化学工程国家重点实验室、化工学院王军教授课题组合成的自成型含铁丝光沸石吸附剂，在碳捕集领域取得新突破。7月16日，《科学》杂志全文在线刊发这一最新研究成果。

　　沸石等物理吸附剂具有适用范围广、成本低、操作简单、吸附剂循环使用便捷等诸多优点，因而在碳捕集领域备受青睐。“但既有的沸石吸附剂面临着吸附容量不高、气体分离比低、不耐水汽、脱附再生能耗高、黏结剂成型后性能下降等方面的挑战。”南京工业大学周瑜教授介绍说。

　　实验显示，团队合成的含铁丝光沸石吸附剂在常温、常压条件下，其吸附量为219立方厘米/立方厘米，是迄今报道的最高值。同等条件下，工业基准13X沸石吸附剂的最高吸附量为156立方厘米/立方厘米。更重要的是，所得材料对氩气、氮气、甲烷等表现出良好的筛分能力，其分离比13X沸石吸附剂高出多个数量级。

　　“通常在分离过程中，实际气体中都有水汽，有的吸附剂遇水不稳定，大部分吸附剂‘亲水’故而分离性能受水汽干扰严重，常常需要先干燥再吸附，而含铁丝光沸石吸附剂分离性能不受水汽干扰，且循环使用优异。”周瑜教授表示。

　　就能耗而言，当下的工业基准13X沸石吸附剂在分离二氧化碳/甲烷(50/50)混合气时，回收1千克二氧化碳需要消耗0.97兆焦能量，而含铁丝光沸石吸附剂每吸附1千克二氧化碳仅需消耗0.7兆焦能量。王军教授表示：“在纯度相同的情况下，我们团队研发的吸附剂对二氧化碳的回收率大于95%，甲烷的回收率能从61.9%提升到96.9%。”

　　早在15年前，课题组成员就开始了这类沸石材料研究，并逐渐形成独特的“酸水解”路径合成方法。团队采用该工艺制备的含铁丝光沸石吸附剂实现两大突破：一是变原来的粉状为高机械强度块状，省却了后续成型工艺，具有典型绿色化工特点；二是独特的孔道结构实现了高效碳捕集。

　　据周瑜介绍，二氧化碳直径为0.33纳米，含铁丝光沸石吸附剂孔口尺寸为0.33~0.34纳米，如此一来，此孔径便成了二氧化碳“专属”捕集孔。这一研究具有实际应用潜力，开拓了杂原子沸石分子筛在气体吸附分离领域的新应用。此项研究成果可应用于发电厂燃烧后的二氧化碳捕集、天然气净化、沼气纯化等方面。