二氧化碳捕集、封存和利用（CCUS）技術的發(fā)展以及應用場景的擴大，基于吸附技術實現(xiàn)二氧化碳捕集也廣受關注。其中，研發(fā)低成本、高效率的二氧化碳吸附劑材料成為當前研究和產業(yè)化的熱點之一。
固體吸附劑材料對環(huán)境友好
在二氧化碳分離、捕集技術中，吸附技術是相對成熟并且應用最多的一種技術。吸附技術具有能耗低、操作簡單、吸附量大、循環(huán)性能好等優(yōu)點，與吸附技術相配套的二氧化碳吸附劑材料種類較多，總體而言，可分為固體吸附劑材料與液體吸附劑材料。
東南大學材料科學與工程學院教授張友法介紹，固體吸附劑材料具有較弱的腐蝕性，而且吸附能耗低，具有安全性和環(huán)境友好性等優(yōu)勢，將其應用到二氧化碳捕集中具有很好的效果。固體吸附劑材料還包括了高溫吸附劑材料和低溫劑吸附材料。其中，高溫吸附劑材料以氧化鈣吸附劑材料為代表，能夠在高達600℃的溫度下對二氧化碳進行吸附。由于氧化鈣吸附劑材料屬于堿性物質，二氧化碳屬于酸性氣體，因此其能較為容易地吸附二氧化碳，這兩種物質通過化學反應生成碳酸鈣。
低溫吸附劑材料包括活性炭、沸石等，除了不能在較高溫度下吸附二氧化碳外，具有較好的二氧化碳吸附效率和再生性能等優(yōu)點。以沸石為例，它是自然界中存在的一種天然硅鋁酸鹽，具有納米級的均勻孔徑，形成相互連接的通道和網狀結構，具有篩分分子、吸附、離子交換和催化作用，人工合成的沸石又被稱為分子篩。分子篩的吸附是一種物理過程，通過分子引力作用在固體表面產生一種“表面力”，當二氧化碳氣體流過時，其中的分子會碰撞到吸附材料表面，并聚集于此，從而使氣體中的分子數目減少，達到分離、清除的目的。由于吸附不發(fā)生化學變化，因此只要設法將聚集在表面的分子“趕跑”，“再生”的分子篩就又具有吸附能力了。
液體吸附劑材料成本較低
作為二氧化碳吸附劑材料生產企業(yè)之一，西安藍曉科技新材料股份有限公司（以下簡稱藍曉科技）董事長高月靜說，目前全球范圍內，工業(yè)化的二氧化碳捕集技術以溶劑吸附法為主，核心吸附材料為液體有機胺化合物。液體胺吸附效果好、成本低，但是再生能耗高，對設備腐蝕較大。
不過，隨著科技的進步，液體吸附劑材料也在不斷改進和優(yōu)化。鄭州大學化工學院、中國科學院過程工程研究所等單位的科研人員發(fā)表的文章《負載型離子液體吸附分離二氧化碳的研究現(xiàn)狀及展望》顯示，因具有極低揮發(fā)性、強氣體親和性、可調的結構性質等特點，離子液體在二氧化碳捕集分離領域逐漸顯示出獨特的優(yōu)勢。但離子液體通常黏度較高，或在室溫下呈固態(tài)，導致吸附效果差或者無法直接應用于吸附分離過程。
而負載型離子液體是將離子液體與有機或無機多孔材料，通過物理或化學方法結合而形成。作為二氧化碳吸附劑材料，負載型離子液體兼具離子液體和多孔材料的共同優(yōu)勢，不僅能提升選擇性分離效果，還能有效避免采用離子液體直接吸收二氧化碳的高黏度問題，提高了二氧化碳吸附效率。通過離子液體和載體的不同結合方式，負載型離子液體可分為物理負載型、化學負載型離子液體，其合成方法通常為浸漬法、鍵合法、溶膠—凝膠法等。與離子液體結合的多孔材料，主要包括硅基、聚合物、活性炭、沸石與金屬有機骨架等。
新型吸附劑材料不斷出現(xiàn)
當前，我國在二氧化碳吸附劑材料研發(fā)方面不斷取得新突破。如南京工業(yè)大學化工學院劉曉勤教授、孫林兵教授課題組研發(fā)出一種智能光響應吸附劑材料，實現(xiàn)了對二氧化碳的低能耗、可控式捕集。相關研究成果發(fā)表在國際知名期刊《德國應用化學》上。
在工業(yè)上的吸附分離操作中，傳統(tǒng)吸附劑材料通常需要在變溫或變壓條件下實現(xiàn)其循環(huán)使用，也就是在常溫下吸附、升溫時脫附或在加壓下吸附、減壓后脫附。“但問題是，這個吸附—脫附的過程能耗較高。”孫林兵說，材料能吸附二氧化碳，材料本身就必須具備吸附活性位點，否則就無法實現(xiàn)選擇性吸附。
為了減小吸附—脫附過程的能耗，課題組在吸附劑材料中引入諸如偶氮苯等光響應成分，使其和活性位點發(fā)生作用，在不同光照條件下，響應分子的構型發(fā)生轉變，進而對活性位點的性質進行了調節(jié)，實現(xiàn)二氧化碳的吸附和脫附。
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