铝基材料可以清除燃煤电厂废气中的二氧化碳

文章来源于：mining.com，原文链接：Aluminum-based material can scrub CO2 from coal-fired power plants’ exhaust

 

Aerated aluminum. (Reference image by Mr Thinktank, Flickr.)

一个国际研究小组提出了使用甲酸铝（一种金属有机框架（MOF））的想法，在温室气体到达大气之前从燃煤电厂的废气中去除二氧化碳。

在《科学进展》杂志上发表的一篇论文中，该研究小组解释说，MOFs在过滤和分离有机材料（通常是化石燃料中的各种碳氢化合物）方面表现出巨大的潜力。一些财政部在精炼天然气或分离汽油辛烷成分方面显示出前景;其他可能有助于降低塑料制造成本或廉价地将一种物质转化为另一种物质。它们进行这种分离的能力来自其固有的多孔性。

其中，甲酸铝 - 科学家称之为ALF - 已被证明可以有效地将二氧化碳与通常从燃煤发电厂烟囱中飞出的其他气体分离出来。它也缺乏其他提出的碳过滤材料所具有的缺点。

作为一个群体，MOF在过滤和分离有机材料（通常是化石燃料中的各种碳氢化合物）方面表现出巨大的潜力。一些财政部在精炼天然气或分离汽油辛烷成分方面显示出前景;其他可能有助于降低塑料制造成本或廉价地将一种物质转化为另一种物质。它们进行这种分离的能力来自其固有的多孔性。

燃煤发电厂的废气（左）含有大量二氧化碳（紫色三方分子）。右侧突出显示的甲酸铝可以选择性地从干燥的烟气中捕获二氧化碳。（图片由B. Hayes/NIST提供）。

“这项工作令人兴奋的是，ALF相对于其他高性能CO2吸附剂表现非常好，但它在简单性，整体稳定性和易于制备方面可与设计师化合物相媲美，”该论文的主要作者之一Hayden Evans在一份媒体声明中说。“它由两种容易和丰富的物质制成，因此以非常低的成本制造足够的ALF来广泛使用应该是可能的。

根据埃文斯的说法，首先在烟气到达大气之前从烟气中清除二氧化碳是一种合乎逻辑的方法，但事实证明，制造有效的洗涤器具有挑战性。流向燃煤电厂烟囱的混合气体通常是炎热、潮湿和腐蚀性的——这些特性使得很难找到一种可以有效地完成这项工作的经济材料。

其他一些 MOF 效果很好，但由昂贵的材料制成;其他方法本身成本较低，但仅在干燥条件下才能充分发挥作用，需要“干燥步骤”来降低气体湿度，但会增加洗涤过程的总体成本。

“把它们放在一起，你需要某种神奇的材料，”埃文斯说。“在这里，我们设法勾选了除在非常潮湿条件下的稳定性之外的每一个方框。然而，使用 ALF 将足够便宜，以至于干燥步骤成为可行的选择。

ALF由氢氧化铝和甲酸制成，这两种化学物质在市场上含量丰富且易于获得。它的成本不到每公斤一美元，比其他具有类似性能的材料便宜100倍。

埃文斯指出，低成本很重要，因为单个工厂的碳捕获可能需要多达数万吨的过滤材料。

工作原理

在微观尺度上，ALF就像一个带有无数小孔的三维铁丝笼。这些孔足够大，可以让CO2分子进入并被捕获，但又足够小，可以排除构成大部分烟气的稍大的氮分子。中子衍射工作向团队展示了材料中的各个笼子如何收集和填充二氧化碳，揭示了气体分子像戴手套一样适合ALF内的某些笼子。

尽管具有潜力，但 ALF 尚未准备好立即使用。工程师需要设计一个程序来大规模创建ALF。燃煤电厂还需要一个兼容的工艺来降低烟气的湿度，然后再对其进行洗涤。埃文斯说，关于如何解决这些问题，已经有很多了解，他们不会让使用ALF的成本过高。

研究人员还指出，之后如何处理二氧化碳也是一个主要问题，尽管这对所有碳捕获材料来说都是一个问题。

目前正在研究将其转化为甲酸 - 甲酸不仅是一种天然存在的有机材料，而且是ALF的两种成分之一。这里的想法是，ALF 可以成为循环过程的一部分，其中 ALF 从废气流中去除 CO2，并且捕获的 CO2 用于产生更多的甲酸。然后，这种甲酸将用于制造更多的ALF，进一步降低材料循环的整体影响和成本。

“现在有大量的研究正在进行中，关于如何处理所有捕获的二氧化碳的问题，”埃文斯说。“我们似乎最终有可能利用太阳能将氢从水中分离出来，然后将氢与二氧化碳结合以制造更多的甲酸。结合ALF，这是一个有助于地球的解决方案。