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環(huán)境材料與污染控制技術(shù)研究中心張靜團(tuán)隊(duì)在工業(yè)固廢捕集封存CO2領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
工業(yè)過程中溫室氣體CO2的過量排放加劇了全球變暖的趨勢，進(jìn)而嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人類可持續(xù)發(fā)展。因此，工業(yè)煙氣中CO2的捕集、利用和封存具有重要的環(huán)境與社會意義，是實(shí)現(xiàn)我國“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的重要途徑。利用自然界中的礦物礦化固定CO2可以實(shí)現(xiàn)其永久封存，但該過程需要施加極高的溫度和壓力，導(dǎo)致處理成本高，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。而運(yùn)用工業(yè)固廢中鈣/鎂活性組分礦化固定煙氣中CO2，可以達(dá)到“以廢治廢”的目標(biāo)，為CO2減排提供新的技術(shù)途徑。目前該技術(shù)尚處于發(fā)展的早期階段，在實(shí)際應(yīng)用中仍存在固碳效率低、反應(yīng)動力學(xué)緩慢和能耗高的瓶頸。
圖1 “納米液膜反應(yīng)器”應(yīng)用于工業(yè)固廢捕集、利用與封存CO2概念圖
針對上述難題，中國科學(xué)院大學(xué)環(huán)境材料與污染控制技術(shù)研究中心的張靜教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出“納米液膜反應(yīng)器”驅(qū)動“氣-液-固”界面反應(yīng)的新策略，開發(fā)了一種基于界面“納米液膜”的常溫常壓快速固碳新技術(shù)。通過在鈣基礦物表面原位負(fù)載上納米厚度的水膜，顯著加速CO2與礦物間的碳酸化反應(yīng)動力學(xué)速率，較傳統(tǒng)固碳技術(shù)的速率提升十倍以上。研究進(jìn)一步通過構(gòu)建原位光譜監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了納米液膜加速固碳的臨界效應(yīng)，揭示了液膜中界面水的定向結(jié)構(gòu)促進(jìn)固碳反應(yīng)的“類酶催化”機(jī)理，對解決固碳過程中固有的動力學(xué)緩慢難題提供了理論依據(jù)。
所研發(fā)的綠色固碳技術(shù)能夠在常溫常壓條件下實(shí)現(xiàn)多種工業(yè)固廢(電石渣、鋼渣、石膏渣等)高效固定工業(yè)煙氣和空氣中的二氧化碳，處理成本低且綠色環(huán)保；并且能夠同步對工業(yè)固廢進(jìn)行改性和再生利用，為工業(yè)過程的碳減排與及固廢資源化提供了“以廢治廢”的新途徑，對生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
相關(guān)工作以“Confinement-induced acceleration of CO2 mineralization through interfacial water thinning”為題發(fā)表于Nature Communications。中國科學(xué)院大學(xué)環(huán)境材料與污染控制研究中心在讀博士生蘇敏為該工作的第一作者，國科大特別研究助理王春靂、教授張靜，中南大學(xué)教授林璋為共同通訊作者，上述工作得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院及中國科學(xué)院大學(xué)等項(xiàng)目的資助。
圖2 “納米液膜”技術(shù)加速工業(yè)固廢常溫常壓下礦化固定CO2機(jī)理研究及應(yīng)用評估
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