低成本且易於製造之二氧化碳固定材料

 

刊登日期:2022/10/21
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以美國加州大學柏克萊分校(UC Berkeley)為中心組成的研究團隊開發了一項可高效率地吸附、去除工廠或發電廠排放之二氧化碳,以高分子三聚氰胺(Melamine)為基材製成之固體多孔質材料。與迄今為止提出的固碳材料相比,新材料可以利用廉價、易取得的原料進行製造,能源效率高,可高速吸附大量的二氧化碳,並且具有優異的重複穩定性,將可望在廣泛的產業領域達到實用化。

為了達到90%二氧化碳封存目標,美國能源部啟動總額31.8億美元的計畫,積極推動二氧化碳固定、分離及再利用相關之先進技術開發。在物理化學性二氧化碳固定化技術方面,目前已有在胺等鹼性溶液中選擇性溶解二氧化碳的化學吸收法,或是以沸石等吸附劑吸附二氧化碳之的物理吸附法等方式提出。另一UC Berkeley的研究團隊也在2015年時設計了一項多孔質金屬有機框架(MOF)新材料,且可較既有材料更有效率地吸脫附二氧化碳。然而各項研究手法都存在了原料或製造偏於高成本,或是吸脫附需要大量能量才能將固定的二氧化碳予以再利用等問題,現階段距離實用化仍遙遠。

此次UC Berkeley為了開發出可用低價且易於取得之資源製造的二氧化碳固定材料,將焦點放在廣泛應用於低價餐具、家庭用品、塑膠、塗料等用途之高分子三聚氰胺,並確認以甲醛對三聚氰胺粉末進行化學修飾處理後,可形成奈米級孔隙並吸附二氧化碳。此外,透過添加二伸乙三胺(Diethylenetriamine; DETA),可進一步提高了二氧化碳的吸附捕集性能,並發現在聚合反應過程中添加三聚氰酸(Cyanuric Acid)會增大形成的孔洞尺寸,促使二氧化碳的固定化效率出現極為顯著的改善。

以千克為單位的實驗結果顯示,在常壓下呈現了1.82mmol/g的高二氧化碳吸附能力,而在模擬實際廢氣的氣體中則成功地在約3分鐘內吸附了幾乎所有的二氧化碳。在既有利用胺溶液的化學吸收方法中,須將固定的二氧化碳加熱至120~150℃才能重新釋出予以再使用,但三聚氰胺類多孔質材料可以80℃進行再釋出,藉此將能實現大幅度的節能。UC Berkeley也已利用固態核磁共振裝置等設備進行了原子等級之三聚氰胺類多孔質材料中二氧化碳吸脫附機制的詳細解明,且為了進一步提高二氧化碳固定化效率,今後將持續推動高效率、可量產且具有優異重複穩定性之大容量二氧化碳固定化技術的開發。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/220922_carbon-capture-perhaps.html
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