近日，Cell Press期刊Cell Reports Physical Science发表了有关直接空气捕集二氧化碳研究成果Modified layered double hydroxides for efficient and reversible carbon dioxide capture from air，论文由制冷与低温工程研究所ITEWA创新团队的朱炫灿助理教授、葛天舒教授、王如竹教授与牛津大学Meng Lyu博士、Dermot O’Hare教授等合作完成，上海交通大学为第一完成单位。
基于吸附法的直接空气捕集（DAC）正在成为一种技术可行的负排放技术。DAC能够捕集分布式碳排放源，不受捕集设施的位置限制。目前DAC技术已经达到7级（示范级）技术成熟度。采用碱金属氢氧化物溶剂的吸收型DAC中试装置运行成本较低，但面临严重的耗水和较高的再生温度等问题。相比之下，最近的研究表明通过吸附方式大规模部署DAC，在技术上和经济上都是可行的，有望实现捕集全球每年CO2排放1%的目标。基于吸附剂的DAC系统运行能耗可达0.113~0.145 MJ/molCO2，捕集成本为60~190 $/tCO2。
单分子层胺嫁接MgAl-LDH的制备示意图：A) LDH衍生载体的合成；B) AMOST处理的LDH上的硅烷化反应；C) 胺嫁接的结构
制造具有高CO2吸附量、快速吸附动力学和良好的吸附-解吸稳定性的廉价吸附剂对于DAC工艺的大规模部署至关重要。在该论文中，胺功能化、有机溶剂处理的MgxAl-CO3层状双金属氢氧化物（LDH）纳米片被用于快速捕集空气中的CO2。直链型三元胺嫁接于高度分散的LDH纳米片产生的吸附剂在25°C和400 ppm的CO2浓度下具有1.05 mmol/g的高吸附量，比胺功能化SBA-15高出30%。更重要的是，在30分钟内其CO2吸附量即可达到最大容量的70%，而聚胺浸渍材料需要两倍的时间。这些吸附剂可以在80°C条件进行再生并恢复其最大CO2吸附量的80%。高度分散的LDH纳米片提供了优异的热、水热和化学稳定性：在50个吸附-解吸循环后吸附性能衰减几乎可以忽略。考虑到潜在的成本效益和可规模化生产的工艺，单分子层胺功能化有机溶剂处理的LDH衍生纳米片在基于快速变温吸附的DAC循环中极具应用潜力。
研究工作得到国家自然科学基金青年项目和上海市科技创新行动计划项目资金的资助。王如竹教授领衔的ITEWA创新团队（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展，成立近三年来在Joule、Advanced Materials、Angewandte Chemie、ACS Energy Letters、ACS Central Science、ACS Materials Letters、Energy Storage Materials、Nano Energy、Water Research等跨学科交叉期刊上发表近20篇学术论文。
附：期刊简介
Cell Reports Physical Science是Cell Press出版集团推出的高影响力综合期刊，旨在发表物理、化学、能源科学、材料科学以及交叉学科领域中的重大研究进展。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386421001843
