近日，中國科學(xué)院廣州能源研究所廖玉河研究員聯(lián)合比利時(shí)魯汶大學(xué)和法國道達(dá)爾能源公司，報(bào)道了一種酸堿協(xié)同催化胺法碳捕集溶劑再生的新路徑。該研究提出，固體ZrOxHy催化劑可顯著提升胺溶液中二氧化碳（CO2）的脫附速率，在固定床反應(yīng)器中表現(xiàn)出2.5倍的CO2脫附增強(qiáng)效果。相關(guān)成果以Proximity-independent acid-base synergy in a solid ZrOxHy catalyst for amine regeneration in post-combustion CO2 capture process為題，發(fā)表于《自然-催化》（Nature Catalysis）。
胺溶液吸收捕獲二氧化碳是成熟的碳捕集技術(shù)之一，當(dāng)前有望廣泛應(yīng)用于燃煤電廠、水泥、鋼鐵等行業(yè)。但是，該技術(shù)脫附CO2以再生胺溶劑需要較高溫度（>120℃），導(dǎo)致溶劑再生過程能耗高（占整個(gè)碳捕集過程能耗的60%以上）和溶劑降解，且高溫胺溶液腐蝕設(shè)備。
針對上述問題和基于前期研究基礎(chǔ)（ACS Catalysis，2022，12，11485-11493），該工作通過調(diào)控溶膠-凝膠合成方法的pH值，獲得了富含橋聯(lián)羥基（-OHb）和端位羥基（-OHt）的ZrOxHy固體催化劑。原位表征和動(dòng)力學(xué)研究表明無需這兩種羥基在催化劑表面的空間鄰近性，通過催化劑羥基之間的酸（-OHb）堿（-OHt）平衡和協(xié)同催化即可實(shí)現(xiàn)氨基甲酸鹽解離與質(zhì)子轉(zhuǎn)移的雙循環(huán)反應(yīng)，從而提升CO2的脫附速率。在固定床實(shí)驗(yàn)中，ZrOxHy催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，在95℃條件下CO2從胺溶液中的脫附速率提升2.5倍，顯著降低了溶劑再生能耗和再生溫度。該催化劑也具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和可回收性。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等項(xiàng)目資助。
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