二氧化碳排放引起的环境问题已经受到全社会的广泛关注,捕集二氧化碳成为低碳经济和可持续发展的重要手段,记者19日从南京工业大学了解到,该校刘晓勤、孙林兵教授课题组研发出一种新型智能吸附剂,实现了对二氧化碳的低能耗、可控式捕集,有望大幅降低工业过程中气体分离的能耗。相关成果近日发表在化学领域国际知名期刊《德国应用化学》上。


据论文第一作者、南工大博士生江耀介绍,在工业上的吸附分离操作中,传统吸附剂通常需要在变温或变压条件下实现其循环使用过程。“也就是在常温下吸附、升温时脱附;或者加压下吸附,减压后脱附,缺点是这两种办法往往能耗较高。”江耀说。


“工业烟道气中含有大量的二氧化碳气体,其大量排放严重危害了生态环境,所以在工业上要对二氧化碳进行吸附分离操作,但传统的吸附剂通常需要在变温或者变压的条件下实现其循环使用过程。”研究论文第一作者、南京工业大学化工学院博士生江耀介绍道,变温或变压的过程往往能耗较高,不利于低碳经济和可持续发展。


南工大孙林兵团队研发出可捕集二氧化碳的新型吸附剂 降低气体分离能耗


近年来,利用刺激响应材料作为新型吸附剂用于吸附过程引起了研究人员的极大兴趣,但开发能够同时实现二氧化碳的低能耗和可控性捕集过程的智能吸附剂具有很大的挑战性。南京工业大学吸附分离技术研究所的刘晓勤教授和孙林兵教授在该领域进行了深入的研究,并取得了突破性的进展。


“我们尝试选用光能这种绿色清洁能源作为替代。”孙林兵教授告诉记者,自然界存在一些具有“光响应性”的特殊物质,能够在不同波段光的照射下产生结构变化,发挥吸附作用,偶氮苯分子就是其中之一。


“光具有环保性、远程可控性和瞬时性等优异的特性,在目前被认为是一种取之不尽用之不竭的能量,因此光响应性材料受到了越来越多的关注。”孙林兵教授解释道,光响应材料是指吸收了光的能量后,能够在分子内或分子间产生化学或物理变化的一类材料。自然界中存在一些具有光响应性的特殊物质,它们在不同波段光的照射下能够发生结构的变化,伴随着分子结构和形态的改变,这类材料会表现出某些宏观性质的变化,如在光刺激下发生形貌、颜色或者折射率的变化等。“如果能够利用光刺激响应和活性物种之间合理分配,相互协同实现对二氧化碳的可控性捕集,这将是很有意义的。”


“我们希望将这种光响应性能与活性物合理配比,协同实现对二氧化碳的可控性捕集。”孙林兵说,基于这个想法,课题组先是构建了一种具备光响应性的“金属-有机”框架,再引入可吸附二氧化碳的活性位点,在不同光照条件下对活性位点进行调试,最终实现了对二氧化碳的可控性捕集。


基于这个想法,课题组构建了一种光响应金属-有机框架材料作为载体,“我们首次将一种强吸附活性位,引入到光响应金属-有机框架材料中,得到一种智能吸附剂,该智能吸附剂能够通过响应分子与活性位之间的协同作用,实现对二氧化碳的低能耗和可控性捕集,相较于传统的变温、变压吸附过程,大大降低了能耗。”江耀说。


据介绍,该成果不久前刊发在国际化学领域顶级期刊《德国应用化学》上,江耀博士为第一作者,刘晓勤教授和孙林兵教授为通讯作者,该工作得到了国家优秀青年基金和国家自然科学基金等的资助。这一成果为高性能吸附剂的开发提供了新思路,不仅能实现对工业烟道气中二氧化碳的可控性捕集,友好环境,促进生态文明建设,还可大大降低工业过程中气体分离的能耗,节约大量的工业成本。


文章来源: 北青网,中国江苏网

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