一种从工业废气中分离二氧化碳的新材料

栏目：环球科学 来源：中国数字科技馆

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Bayreuth大学的化学家们开发出一种能够为环保和可持续工业发展做出重要贡献的新材料。利用这种材料，可以将工业废气、空气或沼气中的二氧化碳精准分离出来并实现再利用。这一分离过程环保且廉价。研究人员在《细胞报告物理科学》中介绍了这种材料的结构和功能。

欧盟于2019年达成的绿色协定呼吁，截至2050年要将欧盟的温室气体净排放量降低至零。这需要借助革命性的技术来从废气及其他气体混合物中分离、收集二氧化碳，以避免其进入大气。由Bayreuth大学开发的材料相较于已有的分离技术有一个显著的优势：能够在不与二氧化碳发生化学反应的前提下将它从混合气体中完全分离出来。

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这些气体混合物可以是工厂中排放的废气，也可以是天然气或沼气。在以上所有应用环境中，二氧化碳完全通过物理作用被聚集在材料形成的腔室中。同时，不需要消耗太多能量便可以将其从中释放出来并进一步用作工业原料。因此，这一分离过程是基于物理吸附作用实现的。这种新材料就像一个大型存储罐，可以在能量消耗很少的情况下吸收-释放二氧化碳。在Bayreuth(大学)的实验室里，(化学家们利用)这种材料从多组分混合气体中单独分离出二氧化碳。

隶属于Bayreuth大学有机化学第一研究小组的博士研究员，同时也是论文第一作者的Martin Rieß M.Sc.说道，“我们研究团队成功开发出一种同时满足以下两个条件的材料：一方面，它对二氧化碳强大的物理吸收作用足以将其从气体混合物中分离出来；另外，不需要消耗太多能量便可以将其吸收的二氧化碳释放出来。”

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这种新材料是一种无机-有机混合物，其组分是由数百个独立的玻璃平面组成的粘土矿物。仅一纳米厚度的玻璃薄片被精准地一层层堆叠起来，每两层玻璃平面之间填充着有机分子。通过合理设计其形状和化学属性，使这种材料中的空穴数量达到最优水平以便收集二氧化碳。只有二氧化碳分子能够进到材料的空穴中并被储存起来，而甲烷、氮气和其他气体组分则因为分子尺寸原因而留在外面。研究人员借助所谓的分子筛效应增强材料对二氧化碳的选择作用。他们目前正致力于开发一种基于粘土矿物的薄膜系统，以便从混合气体中连续、有选择性地、高效地分离出二氧化碳。

开发这种能够分离二氧化碳并将其用作工业原料的混合材料离不开Bayreuth大学实验室中一套特殊的测量系统，这套设备能够精确测量被吸收的气体的质量以及材料对吸收物的选择性。这能够真实地再现工业过程。Rieß说，“我们开发的混合材料完全满足工业二氧化碳分离过程中所有的评估标准。它的生产成本低且能在降低工业碳排放，处理沼气和酸性大气方面做出重大贡献。”

翻译：张宇哲

审校：董子晨曦

引进来源：University of Bayreuth