文章來(lái)源于：mining.com，原文鏈接：Aluminum-based material can scrub CO2 from coal-fired power plants’ exhaust

 

Aerated aluminum. (Reference image by Mr Thinktank, Flickr.)

一個(gè)國(guó)際研究小組提出了使用甲酸鋁（一種金屬有機(jī)框架（MOF））的想法，在溫室氣體到達(dá)大氣之前從燃煤電廠的廢氣中去除二氧化碳。

在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表的一篇論文中，該研究小組解釋說(shuō)，MOFs在過(guò)濾和分離有機(jī)材料（通常是化石燃料中的各種碳?xì)浠�合物）方面表現(xiàn)出巨大的潛力。一些財(cái)政部在精煉天然氣或分離汽油辛烷成分方面顯示出前景;其他可能有助于降低塑料制造成本或廉價(jià)地將一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)。它們進(jìn)行這種分離的能力來(lái)自其固有的多孔性。

其中，甲酸鋁 - 科學(xué)家稱之為ALF - 已被證明可以有效地將二氧化碳與通常從燃煤發(fā)電廠煙囪中飛出的其他氣體分離出來(lái)。它也缺乏其他提出的碳過(guò)濾材料所具有的缺點(diǎn)。

作為一個(gè)群體，MOF在過(guò)濾和分離有機(jī)材料（通常是化石燃料中的各種碳?xì)浠�合物）方面表現(xiàn)出巨大的潛力。一些財(cái)政部在精煉天然氣或分離汽油辛烷成分方面顯示出前景;其他可能有助于降低塑料制造成本或廉價(jià)地將一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)。它們進(jìn)行這種分離的能力來(lái)自其固有的多孔性。

燃煤發(fā)電廠的廢氣（左）含有大量二氧化碳（紫色三方分子）。右側(cè)突出顯示的甲酸鋁可以選擇性地從干燥的煙氣中捕獲二氧化碳。（圖片由B. Hayes/NIST提供）。

“這項(xiàng)工作令人興奮的是，ALF相對(duì)于其他高性能CO2吸附劑表現(xiàn)非常好，但它在簡(jiǎn)單性，整體穩(wěn)定性和易于制備方面可與設(shè)計(jì)師化合物相媲美，”該論文的主要作者之一Hayden Evans在一份媒體聲明中說(shuō)。“它由兩種容易和豐富的物質(zhì)制成，因此以非常低的成本制造足夠的ALF來(lái)廣泛使用應(yīng)該是可能的。

根據(jù)埃文斯的說(shuō)法，首先在煙氣到達(dá)大氣之前從煙氣中清除二氧化碳是一種合乎邏輯的方法，但事實(shí)證明，制造有效的洗滌器具有挑戰(zhàn)性。流向燃煤電廠煙囪的混合氣體通常是炎熱、潮濕和腐蝕性的——這些特性使得很難找到一種可以有效地完成這項(xiàng)工作的經(jīng)濟(jì)材料。

其他一些 MOF 效果很好，但由昂貴的材料制成;其他方法本身成本較低，但僅在干燥條件下才能充分發(fā)揮作用，需要“干燥步驟”來(lái)降低氣體濕度，但會(huì)增加洗滌過(guò)程的總體成本。

“把它們放在一起，你需要某種神奇的材料，”埃文斯說(shuō)。“在這里，我們?cè)O(shè)法勾選了除在非常潮濕條件下的穩(wěn)定性之外的每一個(gè)方框。然而，使用 ALF 將足夠便宜，以至于干燥步驟成為可行的選擇。

ALF由氫氧化鋁和甲酸制成，這兩種化學(xué)物質(zhì)在市場(chǎng)上含量豐富且易于獲得。它的成本不到每公斤一美元，比其他具有類(lèi)似性能的材料便宜100倍。

埃文斯指出，低成本很重要，因?yàn)閱蝹�(gè)工廠的碳捕獲可能需要多達(dá)數(shù)萬(wàn)噸的過(guò)濾材料。

工作原理

在微觀尺度上，ALF就像一個(gè)帶有無(wú)數(shù)小孔的三維鐵絲籠。這些孔足夠大，可以讓CO2分子進(jìn)入并被捕獲，但又足夠小，可以排除構(gòu)成大部分煙氣的稍大的氮分子。中子衍射工作向團(tuán)隊(duì)展示了材料中的各個(gè)籠子如何收集和填充二氧化碳，揭示了氣體分子像戴手套一樣適合ALF內(nèi)的某些籠子。

盡管具有潛力，但 ALF 尚未準(zhǔn)備好立即使用。工程師需要設(shè)計(jì)一個(gè)程序來(lái)大規(guī)模創(chuàng)建ALF。燃煤電廠還需要一個(gè)兼容的工藝來(lái)降低煙氣的濕度，然后再對(duì)其進(jìn)行洗滌。埃文斯說(shuō)，關(guān)于如何解決這些問(wèn)題，已經(jīng)有很多了解，他們不會(huì)讓使用ALF的成本過(guò)高。

研究人員還指出，之后如何處理二氧化碳也是一個(gè)主要問(wèn)題，盡管這對(duì)所有碳捕獲材料來(lái)說(shuō)都是一個(gè)問(wèn)題。

目前正在研究將其轉(zhuǎn)化為甲酸 - 甲酸不僅是一種天然存在的有機(jī)材料，而且是ALF的兩種成分之一。這里的想法是，ALF 可以成為循環(huán)過(guò)程的一部分，其中 ALF 從廢氣流中去除 CO2，并且捕獲的 CO2 用于產(chǎn)生更多的甲酸。然后，這種甲酸將用于制造更多的ALF，進(jìn)一步降低材料循環(huán)的整體影響和成本。

“現(xiàn)在有大量的研究正在進(jìn)行中，關(guān)于如何處理所有捕獲的二氧化碳的問(wèn)題，”埃文斯說(shuō)。“我們似乎最終有可能利用太陽(yáng)能將氫從水中分離出來(lái)，然后將氫與二氧化碳結(jié)合以制造更多的甲酸。結(jié)合ALF，這是一個(gè)有助于地球的解決方案。