“要想舉行產(chǎn)業(yè)嘗試，就得把 CALF-20 做出構(gòu)造性吸附劑，為此我試驗了很多本領(lǐng)?；貞涀钌畹氖?2016 年 2 月的一天，我到另一座都會的一家接洽所借試驗儀器舉行試驗。當(dāng)天早晨五點(diǎn)多，我本人開著 1998 年的舊車趕往 300 多公里外的手段地，一齊上還更加擔(dān)憂車會拋錨。那天恰巧是華夏舊歷新年頭一。實(shí)行試驗后，我到本地一家粵式茶餐廳徑自吃了份港式雙拼飯犒勞本人。厥后這次試驗功效并沒有到達(dá)咱們的預(yù)期，但也給咱們供給了少許思緒?！?/p>

暫時服務(wù)于加拿大祝賀大學(xué)化學(xué)接洽重心 C-CART 的林健斌碩士，是近期一篇 Science 輿論的第一作家，該處事歷時 10 年，功夫也體驗過經(jīng)費(fèi)不及等艱巨。

圖 | 林健斌（根源：林健斌）

但最后迎來了好截止，自 2021 年 1 月份此后，CALF-20 正在加拿大 Lafarge-Holcim 洋灰廠的 CO2MENT 名目中，舉行每天一噸二氧化碳捕捉的產(chǎn)業(yè)考查，它也是寰球上第一個產(chǎn)業(yè)演示的 MOF 資料。

圖丨Lafarge-Holcim 洋灰廠的 CO2MENT 名目（根源：Svante）

2021 年 12 月 16 日，關(guān)系輿論以《一種可擴(kuò)充的非金屬-有機(jī)框架動作二氧化碳捕獲的長久物理吸附劑》（A scalable metal-organic framework as a durable physisorbent for carbon dioxide capture）為題公布在 Science 上。

圖 | 關(guān)系輿論（根源：Science）

極端常見：以至不妨制止蒸氣而吸附 CO2該接洽的后臺在乎，對分洪道氣舉行碳捕捉是縮小碳排放的靈驗道路之一。分洪道氣的重要因素是氮?dú)猓∟2），而二氧化碳（CO2）占比惟有 15% 安排，其余還含有水和堿性氣體，這減少了碳捕捉的難度。

運(yùn)用保守有機(jī)胺溶液舉行 CO2 吸附的方法，是一種貫串了化學(xué)吸同意物理吸附的辦法，其復(fù)活進(jìn)程須要耗費(fèi)洪量動力，同聲有機(jī)胺也會爆發(fā)領(lǐng)會反饋而減少本錢。

固態(tài)吸附資料則代辦著另一種碳捕捉本領(lǐng)。普遍情景下，固態(tài)化學(xué)吸附資料對 CO2 有著更高的吸附量和采用性，但是其復(fù)活進(jìn)程也更消耗能量。

然而，固態(tài)物理吸附資料則能供給更低的再天生本。林健斌的重要接洽目的，是安排合成出可在本質(zhì)分洪道氣中舉行高吸附量和高采用性，而且本能寧靜的 CO2 多孔固態(tài)物理吸附資料。

在本質(zhì)分洪道氣中舉行碳捕捉時，固態(tài)吸附資料常常面臨“七個能否”：能否在室溫之上具備高的 CO2 吸附量；能否完備趕快的吸附/脫附能源學(xué)；能否在攙和氣體 N2 和 O2 中具備高 CO2 采用性，以及在濕氣中仍維持本能；能否在平靜前提中復(fù)活；能否不妨產(chǎn)生構(gòu)造性吸附劑；能否在吸附-脫附輪回進(jìn)程中維持化學(xué)、板滯和熱寧靜性；能否完備低本錢和產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)的大概性。

這時候就該聊聊非金屬有機(jī)框架（MOF，Metal-Organic Framework）。它代辦著一類新式多孔固態(tài)吸附資料，是一種由洪量微觀單位比方非金屬離子和有機(jī)配體組建而成的復(fù)合資料，具備高比外表積、構(gòu)造莫大無序和孔道外表可調(diào)節(jié)和控制等便宜。

近二十幾年來，洪量的 MOFs 被合成并通訊出來。但此前并沒有一例 MOF 能很好地處置上述一切題目、且被本質(zhì)運(yùn)用到產(chǎn)業(yè)碳捕捉中。

在該接洽中，林健斌等人安排合成出一例 MOF、并定名為 CALF-20 （Calgary Framework 20）。CALF-20 由特殊便宜的產(chǎn)業(yè)材料制備而成，試驗表明它能很好地處置之上一切題目，并可在本質(zhì)分洪道氣中舉行碳捕捉。

圖 | CALF-20 的晶體構(gòu)造（根源：Science）

精細(xì)來說，CALF-20 是由鋅離子、1，2，4-三氮唑和草酸根組建而成的三維多孔構(gòu)造。該構(gòu)造中大概 38% 的體積為孔道，每克 CALF-20 具備 528 公畝的孔道比外表積，在室溫之上具備較高的 CO2 吸附量。

圖 | CO2、N2 和蒸氣等溫吸附弧線（根源：Science）

在 1.2 個大氣壓和室溫前提下，它能吸附自己分量 18% 安排的 CO2。其 CO2 吸附熱為 -39 kJ/mol，證明是物理性吸附，簡單在平靜的前提中復(fù)活。

試驗進(jìn)一步表白，CALF-20 在多種攙和氣體中維持特殊好的 CO2 采用吸附本領(lǐng)。在 40% 濕度情況中，CALF-20 以至不妨制止蒸氣而吸附 CO2，這在文件通訊中是極端常見的。

圖 | CO2 和蒸氣的比賽吸附（根源：Science）

輿論中，林健斌等人還貫串表面模仿，闡釋了 CALF-20 與 CO2 和潮氣子之間的彼此效率。

圖 | 表面模仿 CO2 和潮氣子的吸附（根源：Science）

同聲，CALF-20 具備特殊高的寧靜性。在過程 45 萬次 112℃ 蒸氣和 112℃ 氣氛的輪回處置之后，其仍舊維持 98% 之上的 CO2 吸附本能。

圖 | CO2 輪回吸同意蒸氣寧靜性嘗試（根源：Science）

其余，CALF-20 能和聚砜產(chǎn)生構(gòu)造性吸附劑，可實(shí)行 60 秒的趕快吸附-脫附輪回。在過程 13 萬次洋灰窯分洪道氣輪回吸附-脫附試驗后，CALF-20 本能保持維持靜止，而且所有試驗進(jìn)程適合美利堅合眾國動力部 CO2 95% 純度和 90% 接收率的目的。

和巴斯夫協(xié)作，空時產(chǎn)率可達(dá)每天 550kg/m32010 年，林健斌地方課題組曾在 Chem. Comm. 和 Science 通訊了一例 CALF-15 的 MOF 構(gòu)造。2011 年，該共青團(tuán)和少先隊按照 MOF 的孔道外表可調(diào)節(jié)和控制的便宜，對 CALF-15 舉行優(yōu)化安排，取消其孔道外表的胺基而合成出 CALF-20，手段在乎貶低其表面臨潮氣子的吸附能。

發(fā)端試驗還表白，取消胺基后，CALF-20 的孔道體積變大，其室溫下 CO2 的吸附量和采用性還進(jìn)一步提高。同聲，CALF-20 對蒸氣具備特殊高的寧靜本能。

2014 年該課題組就請求了加拿大學(xué)?？评B(yǎng)護(hù)，厥后漸漸將專利請求夸大到泰西和華夏等地。之后該共青團(tuán)和少先隊連接對其本能舉行越發(fā)深刻的接洽，而且對其合成舉行優(yōu)化。

再后，林健斌和共青團(tuán)和少先隊經(jīng)過兩年多的輿論撰寫和進(jìn)一步數(shù)據(jù)完備，在 2021 年 3 月份投稿到了 Science，并在昔日 10 月份被接受。

究竟是優(yōu)美的，進(jìn)程卻充溢艱巨。林健斌自述：“ 最艱巨的一段功夫是在 2015 年。協(xié)作導(dǎo)師因為經(jīng)費(fèi)重要沒轍付出我的報酬，剛發(fā)端咱們經(jīng)過幫表面公司嘗試樣本來補(bǔ)助報酬。厥后在請求 MITACS fellowship 的進(jìn)程中，連外樣也沒有了，我只好短促擺脫大學(xué)在表面打了偶爾工。其時商量過停止，但仍舊不甘愿這項接洽沒有實(shí)行。特殊感動我的太太和小孩在那段功夫伴隨在我的身邊?！?/p>

在產(chǎn)業(yè)運(yùn)用實(shí)行進(jìn)程中，他和共青團(tuán)和少先隊也遇到了不少艱巨。2017 年有一家公司要購置一公斤的產(chǎn)物。林健斌等人在試驗室花了很大力量才合成出來給對方寄往日。但是幾個月后，對方以樣本的試驗功效不佳為由，中斷付款。

而此刻，該功效已以專利情勢受權(quán)給加拿大碳捕捉本領(lǐng)公司 Svante Inc.。經(jīng)過與巴斯夫的協(xié)作，依照綠色化學(xué)規(guī)則，運(yùn)用大略且低本錢的水基工藝對 CALF-20 舉行范圍化消費(fèi)，其空時產(chǎn)率可達(dá)每天 550kg/m3。

圖 | 巴斯夫消費(fèi)的局部 CALF-20，每罐體積 50 加侖（根源：林健斌）

圖 | 范圍消費(fèi)的 CALF-20 CO2 吸附表征（根源：Science）

其余，在美利堅合眾國科羅拉多州的 Holcim 洋灰廠 CO2MENT 名目和加利福尼亞州的 Kern River 油田的碳捕捉工程領(lǐng)會名目中，CALF-20 將辨別被運(yùn)用于嘗試碳捕捉150 萬噸/年和 25 噸/天的可行性。

林健斌是廣東汕頭人，也是中山大學(xué) 2006 屆化學(xué)系本科學(xué)友，后在該校讀完無機(jī)化學(xué)碩士，師從陳小明院士。

2011-2019 年，他到達(dá)在加拿大卡爾加里大學(xué)從事碩士后接洽和 Research Associate 接洽，協(xié)作導(dǎo)師是喬治·清水（George Shimizu）熏陶。2019 年于今，林健斌在加拿大祝賀大學(xué)的化學(xué)接洽重心 C-CART 從事晶體學(xué)接洽和物資表征試驗室的處置處事。

-End-

參考：1、Lin, J. B., Nguyen, T. T., Vaidhyanathan, R., Burner, J., Taylor, J. M., Durekova, H., ... & Shimizu, G. K. (2021). A scalable metal-organic framework as a durable physisorbent for carbon dioxide capture. Science, 374(6574), 1464-1469.

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