国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

成果簡介

去除與水共存的低濃度密閉空間二氧化碳（CO₂）是必要的，但物理吸附法具有挑戰(zhàn)性。為使去除過程有效，使納米孔表面疏水以抵抗水是常用的方法?；诖?，大連理工大學(xué)陸安慧教授和郝廣平教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了利用客體水在空間上選擇性地形成局部表面結(jié)合水，并進(jìn)一步誘導(dǎo)優(yōu)先捕獲CO₂，而不是阻止水占據(jù)納米孔。本文提出了在非CO₂選擇性區(qū)域選擇性地形成致密水納米膜，并將其原位轉(zhuǎn)化為CO₂選擇性吸附位點(diǎn)，從而利用共存水。

作者觀察到在潮濕條件下，具有空間選擇性極性位點(diǎn)的碳納米孔對(duì)CO₂捕獲性能的異常增強(qiáng)。研究表明，表面結(jié)合水是在極性碳納米孔的非CO₂選擇性區(qū)域形成的，從而產(chǎn)生了額外的CO₂捕獲位點(diǎn)。本工作可能會(huì)啟發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)境耐受材料，用于惡劣條件下的分子分離和純化。

相關(guān)工作以《Anomalous enhancement of humid CO₂ capture by local surface bound water in polar carbon nanopores》為題在《Nature Communications》上發(fā)表論文。

陸安慧教授，精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，遼寧省低碳資源高值化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者。首次提出“納米空間限域熱解”策略，創(chuàng)制膠體型炭，解決了納米炭易團(tuán)聚粘連的科學(xué)難題，推動(dòng)了膠體催化技術(shù)和磁控分離催化技術(shù)發(fā)展；在國際上首次利用聚苯并噁嗪炭源實(shí)現(xiàn)了含氮多孔炭的一步合成，實(shí)現(xiàn)了納米材料孔道與形貌的精準(zhǔn)調(diào)變及功能高效集成，顯著提升了多孔材料的CO₂吸附分離性能。

圖文解讀

在干燥條件下以及在75%RH條件下的第一個(gè)循環(huán)中表現(xiàn)出預(yù)期的CO₂去除性能。它逐漸失去了選擇性CO₂捕獲性能，并且在8個(gè)循環(huán)中CO₂突破時(shí)間減少了約60%。在500 °C下H₂還原1 h得到的樣品記為MPC；對(duì)于較溫和或較硬的熱還原樣品，分別用MPC-L（1 h, 300 °C, H2）和WPC（3 h, 500 °C, H₂）表示。對(duì)于MPC，與UPC相比，羧基含量降低了25%；而C和N的變化小于3.8%。在濕潤條件下，MPC-H表現(xiàn)出最大的CO₂捕獲性能增強(qiáng)，對(duì)比其干燥條件（MPC-D），其表現(xiàn)高達(dá)87%。作者認(rèn)為，極性碳孔在MPC-H上的這種異常增強(qiáng)應(yīng)與不同于上述極性晶體孔和胺修飾孔的獨(dú)特的水促進(jìn)CO₂吸附行為有關(guān)。

圖1.不同極性和共存水對(duì)潮濕下納米孔動(dòng)態(tài)CO₂捕獲性能的影響

對(duì)于MPC-H，在連續(xù)20次的動(dòng)態(tài)突破試驗(yàn)中，對(duì)CO₂捕集性能的增強(qiáng)得到了很好的保持，說明吸附的CO₂在298 K的氬氣凈化下可以被可逆去除，并且在此條件下引入的水保持相當(dāng)穩(wěn)定。

在甲醇存在的情況下（記為MPC-M），CO₂突破時(shí)間增加了25%；乙醇樣品（MPC-E）顯示，突破時(shí)間減少了44%，表明甲醇還可以產(chǎn)生適合CO₂吸附的額外吸附位點(diǎn)，而甲醇比水更大的分子尺寸減少了容納CO₂的有效體積。結(jié)果證實(shí)了機(jī)制的普遍性，即在水或其他具有合適分子大小的極性分子存在下，水促進(jìn)了極性碳納米孔上CO₂的捕獲。

圖2.吸附劑的再生和增強(qiáng)效果在不同材料上的擴(kuò)展

圖3.在干燥和潮濕下CO₂吸附過程中的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化

極性碳孔隙中存在空間選擇性的表面結(jié)合水，與觀測(cè)到的CO₂捕獲增強(qiáng)效應(yīng)非常吻合。對(duì)于表面結(jié)合水，MPC-H比MPC-D更快地達(dá)到CO₂吸附平衡。計(jì)算得到MPC-H中CO₂和N₂的擴(kuò)散時(shí)間常數(shù)分別為1.83×10^-3 s^-1和1.86×10^-3 s^-1，比MPC-D分別增大10%和減小43%。

圖4. CO₂捕獲增強(qiáng)的量化

模擬場(chǎng)景選擇一個(gè)體積為20 m³、濕度為75% RH的密閉空間，假設(shè)：有3名宇航員在太空中工作；設(shè)一人每小時(shí)平均呼吸的CO₂量為20 L。CO₂吸附床在1.3 bar壓力、2000 L/min流速下交替工作，MPC-VSA過程后的出口氣體（CO₂ <50 ppm）排放到空間站。在此期間，另一層通過真空和吹掃再生。密閉空間的CO₂濃度可在15 min內(nèi)從3000 ppm降至1000 ppm，并在60 min內(nèi)降至500 ppm。

在穩(wěn)態(tài)條件下，水不再被吸附，床溫和捕集量波動(dòng)小于0.3%。由于溫度升高到326 K，在13X上觀察到工作能力降低了56%。13X-VTSA的再生能量需求高達(dá)41.3 MJ/kg CO₂，其中熱再生能量占53.9%。在相同的條件下，MPC-VSA工藝無需去除水分和加熱再生，可以減少54.2%的能耗，按18.9 MJ/kg CO₂計(jì)算，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖5.所設(shè)計(jì)的MPC吸附劑的應(yīng)用案例和模擬結(jié)果

文獻(xiàn)信息

Anomalous enhancement of humid CO₂ capture by local surface bound water in polar carbon nanopores. Nature Communications, 2024

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/10/20/ed09e438d2/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

大連理工「國家杰青」/國重副主任，新發(fā)Nature子刊！

相關(guān)推薦

大連理工「國家杰青」/國重副主任，新發(fā)Nature子刊！