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科學家研發出最強二氧化碳吸收器

來源:JACS       更新時間:2012-1-19 12:26:18
 

  一種新的聚合物被證明適于去除大氣中的二氧化碳。   圖片來源:Downtowngal/Creative Commons   美國加利福尼亞州的研究人員生產出一種能夠從空氣中去除大量二氧化碳氣體的廉價塑料制品。沿著這條路,這種新材料將能夠用于大型電池的研制,甚至在避免災難性氣候變化的嘗試中,成為旨在降低大氣二氧化碳濃度的“人造樹木”的主要成分。   這些長期目標一直吸引著由洛杉磯市南加利福尼亞大學(USC)的化學家George Olah領導的研究團隊。作為1994年諾貝爾化學獎得主,Olah一直設想未來社會主要依賴由甲醇(一種簡單的液體酒精)制成的燃料。隨著容易開采的化石燃料在未來幾十年變得愈發稀缺,他提出,人們可以貯存大氣中的二氧化碳,并將其與從水中分離的氫相結合,從而形成一種具有廣泛用途的甲醇燃料。   Olah和他的同事還在研制一種廉價鐵基電池,這種電池能夠儲存由可再生能源產生的額外電力,并在需求高峰時輸入電網。在運行時,鐵電池會從空氣中攫取氧。但即便只有微量的二氧化碳加入反應也將使電池報廢。最近幾年,研究人員開發出一些很好的二氧化碳吸收裝置,它們由名為沸石的多孔固體與金屬有機骨架構成。但是這些吸收裝置價格昂貴。因此Olah和他的同事著手尋找一種成本更低的替代方法。   研究人員轉而求助聚乙烯亞胺(PEI),這是一種廉價的聚合物,同時也是一種像樣的二氧化碳吸收器。但它只能在表面俘獲二氧化碳。為了增大PEI的表面積,USC的研究團隊將這種聚合物溶解于一種甲醇溶劑中,并將其鋪在一堆煅制二氧化硅的上面,后者是一種工業生產的、由玻璃熔解的小滴制成的廉價多孔固體。當溶劑蒸發后,留下的固體PEI便具有很大的表面積。   當研究人員對新材料的二氧化碳吸收能力進行測試時,他們發現,每克該物質在潮濕的空氣中——類似于目前大多數的環境條件——平均可吸收1.72毫微摩爾的二氧化碳。這已經遠遠超過近期由氨基硅制成的另一個競爭對手1.44毫微摩爾每克的吸收值,并且在迄今進行的二氧化碳吸收能力測試中處于最高水平。研究小組在日前出版的《美國化學會志》中報告了這一研究成果。   如果二氧化碳處于飽和狀態,這種PEI-二氧化硅合成物也很容易再生。當聚合物被加熱至85攝氏度后,二氧化碳便會飄離。而其他常用固體二氧化碳吸收器則必須加熱超過800攝氏度才能夠趕走二氧化碳。   哥倫比亞大學的二氧化碳空氣捕獲專家Klaus Lackner表示:“這很有趣。它能夠在低溫下工作真太好了。”研究團隊成員之一、USC的化學家Surya Prakash認為,這使它除了保護電池之外還能夠用來抓住空氣中的二氧化碳。這種聚合物可用于建造旨在減少大氣中二氧化碳濃度的人造樹大農場,以及防止氣候變化的最嚴重破壞。但前提是世界各國愿意花費數不清的資金來控制大氣中的二氧化碳。   由于這種聚合物會在高溫下降解,因此意味著它不可能用于吸收來自工廠煙囪或汽車排氣管中的二氧化碳——那里的二氧化碳通常濃度很高且溫度也很高。為了克服這一瓶頸,Prakash說,USC的研究團隊如今正在研制高表面積且更耐熱的PEI。(來源:中國科學報 趙路)  

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