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科學(xué)研究
科研進展

廣州能源所提出胺法碳捕集溶劑的催化再生新路徑

文章來源:生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化科研團隊  |  發(fā)布時間:2025-03-24  |  【打印】 【關(guān)閉

  

近日,中國科學(xué)院廣州能源研究所廖玉河研究員聯(lián)合比利時魯汶大學(xué)和法國道達爾能源公司,報道了一種酸堿協(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。在固定床實驗中,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。


ZrOxHy協(xié)同催化機理圖

該工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目等項目資助。

論文鏈接??https://www.nature.com/articles/s41929-025-01307-8



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