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低成本的二氧化碳捕集?向潜水装备学习一下

|· 本文来自“我是科学家”·|

在潜水时人们常常会使用循环呼吸器在水下保持长时间氧气充足的状态。时间久了,呼吸器中也不会灌满二氧化碳,这是因为其中填充了碱石灰,能够瞬间与呼出的二氧化碳反应生成碳酸钙固体,因此呼出的空气就可以重复使用。

图片来源:Pixabay

研究人员从这种省时省力处理二氧化碳的方法中受到了启发,开发了一种从工厂和电站烟气中捕获二氧化碳的新方法。这套体系的核心是一种天然有机化合物,叫做胍(guā)。胍能够迅速吸收二氧化碳,反应形成微小的碳酸氢盐晶体。研究人员表示,这种方法比现有的最先进的碳捕集技术耗能更低。

前不久,橡树岭国家实验室的研究者们展示了这个实验过程:首先,他们制备了胍的水溶液,当含有二氧化碳的烟气通过该溶液时,胍与二氧化碳迅速反应,生成盐晶体沉淀,所以烟气排出时就不再是污染环境的废气了。

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光是吸收二氧化碳其实不足为奇,这套方法的过人之处在于无限次循环利用。一旦烟气中的二氧化碳被充分捕集,研究者们就可以过滤出盐晶体,将其置于适当容器中加热。当晶体加热到120摄氏度时会放出二氧化碳,并析出胍。此时的二氧化碳因为已被分离,便于收集,不会因为直接排放而污染环境;同时,析出的胍溶解到水里就可以重复利用。科学家们表示,按这种方法,适量的胍就可以无限次循环使用,完美解决二氧化碳乱排乱放的问题。

研究团队计算发现,这个过程比当下使用的液体吸收剂捕集二氧化碳的能耗低24%,这是由于从液体吸附剂需要更多的热能才能从中脱出二氧化碳,而且液体吸附剂会随时间挥发或分解,可循环性不高。与之相对的是,橡树岭国家实验室团队发现在10次吸收循环之后,固体胍吸收剂几乎没有损耗。

这项成果发表在《化学》(Chem)杂志上。橡树岭国家实验室领导、此项工作的化学家拉杜·卡斯特尔西(Radu Custelcean)表示:“为了遏制气候变化,我们每年都要捕获数十亿吨二氧化碳,捕集过程的成本一直是令人头大的问题。但是该项新技术的循环过程耗能极低,显著降低了碳捕集过程的成本。”

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虽然这种新技术从各方面都能够胜任,但研究者们仍然觉得有一些问题需要解决:比如吸附剂吸收的速率较慢,而且无法一次吸收太多的二氧化碳。卡斯特尔西表示,该团队现在“正通过将胍这种吸附剂与传统吸附剂(如氨基酸)结合起来,以求解决这个问题。”(编辑:大庆)

图片来源:Pixabay

参考文献:

  1. Neil J. Williams et al. CO2 Capture via Crystalline Hydrogen-Bonded Bicarbonate Dimers. Chem, 2019.
  2. 文章来源:http://www.anthropocenemagazine.org/2019/02/carbon-capture-technology-mimics-scuba-gear/(本文由Storythings供稿 )
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发布于2019-04-18, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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蔡导

清华大学化工系 博士

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