【儀表網 研發快訊】工業過程中溫室氣體CO2的過量排放加劇了全球變暖的趨勢，進而嚴重威脅生態環境和人類可持續發展。因此，工業煙氣中CO2的捕集、利用和封存具有重要的環境與社會意義，是實現我國“雙碳”戰略目標的重要途徑。利用自然界中的礦物礦化固定CO2可以實現其永久封存，但該過程需要施加極高的溫度和壓力，導致處理成本高，難以大規模推廣應用。而運用工業固廢中鈣/鎂活性組分礦化固定煙氣中CO2，可以達到“以廢治廢”的目標，為CO2減排提供新的技術途徑。目前該技術尚處于發展的早期階段，在實際應用中仍存在固碳效率低、反應動力學緩慢和能耗高的瓶頸。
 

圖1 “納米液膜反應器”應用于工業固廢捕集、利用與封存CO2概念圖
 

　　針對上述難題，中國科學院大學環境材料與污染控制技術研究中心的張靜教授團隊創新性地提出“納米液膜反應器”驅動“氣-液-固”界面反應的新策略，開發了一種基于界面“納米液膜”的常溫常壓快速固碳新技術。通過在鈣基礦物表面原位負載上納米厚度的水膜，顯著加速CO2與礦物間的碳酸化反應動力學速率，較傳統固碳技術的速率提升十倍以上。研究進一步通過構建原位光譜監測系統，發現了納米液膜加速固碳的臨界效應，揭示了液膜中界面水的定向結構促進固碳反應的“類酶催化”機理，對解決固碳過程中固有的動力學緩慢難題提供了理論依據。
 

　　所研發的綠色固碳技術能夠在常溫常壓條件下實現多種工業固廢(電石渣、鋼渣、石膏渣等)高效固定工業煙氣和空氣中的二氧化碳，處理成本低且綠色環保；并且能夠同步對工業固廢進行改性和再生利用，為工業過程的碳減排與及固廢資源化提供了“以廢治廢”的新途徑，對生態環境保護和經濟可持續發展具有重要意義。
 

　　相關工作以“Confinement-induced acceleration of CO2 mineralization through interfacial water thinning”為題發表于Nature Communications。中國科學院大學環境材料與污染控制研究中心在讀博士生蘇敏為該工作的第一作者，國科大特別研究助理王春靂、教授張靜，中南大學教授林璋為共同通訊作者，上述工作得到國家自然科學基金委、中國科學院及中國科學院大學等項目的資助。
 

圖2 “納米液膜”技術加速工業固廢常溫常壓下礦化固定CO2機理研究及應用評估