近日，我校化學化工學院于鋒教授等在CO2高溫捕集領域取得最新研究成果，利用電極箔工業廢水“變廢為寶”制備了CaMgAl水滑石衍生氧化物用于CO2高溫吸附劑，展現了優異的CO2吸附容量和穩定性。相關工作該工作以“Preparation of CaMgAl hydrotalcite from electrode aluminum-foil industrial wastewater for high-temperature CO2 capture”為題在Chemical Engineering Journal（中科院一區TOP期刊，IF = 13.3）上發表，該論文第一作者為李甜甜和王強，通訊作者為于鋒教授。
近年來，為緩解全球變暖，CCUS 技術快速發展。它不僅能夠從源頭捕集那些高排放行業所釋放的大量CO2，避免其直接進入大氣加劇溫室效應，還能通過合理利用將CO2轉化為有價值的產品，或是安全地封存起來，從而助力達成碳中和目標，對于緩解能源與環境之間的矛盾、推動可持續發展意義非凡。其中，在 CCUS 諸多環節中，高溫CO2吸附劑的研究更是關鍵所在。在眾多工業煙氣排放過程中，往往伴隨著高溫廢氣排放，高溫CO2吸附劑能夠在這樣的苛刻條件下有效吸附CO2，極大地拓寬了碳捕集的應用范圍和效率，有助于攻克現有碳捕集技術面臨的一些難題，進一步完善整個 CCUS 體系，為全球低碳轉型提供強有力的技術支撐，是實現高效、經濟且可持續的CO2減排的重要突破點。
圖1 （a）P-CaMgAl-LDO的合成示意圖；（b-d）CaMgAl-LDH和P-CaMgAl-LDH的XRD圖和SEM圖
圖2 （a,b）CaMgAl-LDO和P-CaMgAl-LDO吸附前后的XRD圖；（c）CaMgAl-LDO和P-CaMgAl-LDO的N2吸附/解吸等溫線和孔容孔徑分布圖；（d, e, g, h）CaMgAl-LDO和P-CaMgAl-LDO吸附前后的SEM圖；（f, i）P-CaMgAl-LDO吸附前后的mapping圖
圖3 CaMgAl-LDO和P-CaMgAl-LDO的（a）CO2動態吸附/解吸曲線、（b, c）不同溫度下的恒溫吸附2 h的性能比較、（d）最佳吸附溫度下的恒溫吸附2 h的性能比較、（e, f）最佳吸附溫度下的15個循環穩定性、（g）不同類型水滑石吸附劑對CO2的吸附性能
圖4 CaMgAl-LDO和P-CaMgAl-LDO的（a, b）不同二氧化碳分壓下的動態吸附/解吸曲線、（c, d）在15 vol.% CO2分壓下15個吸附/解吸循環中的穩定性和（e）循環穩定性比較
于鋒教授團隊以電極箔工業的含鋁和磷酸廢水為前驅液，制備了具有二維層狀結構的鈣鎂鋁水滑石（P-CaMgAl-LDH）前驅體，通過高溫熱處理得到了鈣鎂鋁復合氧化物（P-CaMgAl-LDO）。該材料具有優異的CO2吸附性能，在100 vol.% CO2條件下，動態最佳吸附量可達到58.0 wt%（850℃），在750℃下恒溫吸附2 h，最大吸附量可達57.8 wt%。當CO2濃度下降到50 vol.%、15 vol.%和5 vol.%時，P-CaMgAl-LDO的動態最佳吸附量可達到50.7 wt%（850℃）、46.9 wt%（780℃）和41.0 wt%（740℃）。此外，該材料也表現出了優異的穩定性，在100 vol.% CO2分壓、750℃條件下，15次CO2吸附/脫附循環后（吸附時間和脫附時間各為30 min），吸附容量從55.4 wt%下降到46.8 wt%，容量保留率為85%。在15 vol.% CO2分壓、750℃條件下，15次循環后，吸附容量保持在37.0 wt%左右，容量保留率接近100%。該研究不僅為電極箔工業廢水的處理與資源化利用提供了一條新的策略，而且對高溫CO2捕集材料的設計提供了一條新的思路。
（通訊員：潘珂珂 李甜甜）
