二氧化碳主要来自化石燃料的燃烧,其能够改变地球气候,在如今碳中和背景下,全球各国都在采用多种先进技术来结束对化石燃料作为能源的依赖,但是绿色能源的潜力还需要挖掘。当前,多国研究人员证实,沸石能够有效吸附空气中的CO2,直到现在,研究人员还在开发能够在DAC条件下有效吸附CO 的材料。​

​冈山大学教授黑田东彦进行了表面化学研究,并且冈山大学和日本同步辐射研究所(JASRI)的研究人员最近在“材料化学A杂志”上发表并由黑田教授指导的一项研究检查了一种材料的吸附特性:沸石,主要由氧化硅和铝组成的矿物质。沸石材料作为吸附剂,是捕获电厂废气中二氧化碳并实现安全处置的新方法技术。

作为研究的一部分,黑田教授和他的团队开发了一种沸石与碱土离子的离子交换技术,并在环境条件下实现了异常高的CO 2吸附。特别是,研究人员选择了一种A型沸石(硅铝比为1),因为它具有适合吸附CO 2的孔径,而碱土离子交换产生了巨大的电场强度,据称可以作为吸附的驱动力。

研究人员选择双电荷钙离子(Ca 2+ )作为交换离子,因为它能够实现最高的吸附量。事实上,观察到的吸附体积是任何沸石系统曾经吸附过的最高CO 2量,超过了类似情况下其他材料的吸附量。研究人员通过执行远红外(far-IR)测量分析了基本吸附机制,并在密度泛函理论(DFT)计算的帮助下对其进行了支持。

远红外光谱检测了由Ca 2+沸石振动引起的振动模式,揭示了CO 2吸附后向更长波长的明显转变,这是研究人员在其他样品中无法识别的特征,例如Na-离子交换A型沸石。此外,他们用一个与DFT计算表现出良好一致性的模型证实了他们的观察。

此外,研究人员可以完全解吸吸附的CO 2并恢复原始样品及其特殊的吸附特性。一旦研究人员在模拟环境空气组成的模型气体的帮助下分析了CO 2的分离,该样品就表现出对其他气体中CO 2的出色选择性吸附。因此,结果表明沸石在环境条件下可作为CO 2的高效吸附剂,并且这项研究为潜在新应用打开大门,例如在航天飞机、潜艇和音乐厅等半封闭空间内净化空气,以及作为麻醉过程中的吸附材料。