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Green Carbon绿碳文章 │ 北京林业大学王强教授：带电吸附剂在空气中直接碳捕获

已有 916 次阅读 2025-10-28 17:46 |个人分类:Green Carbon|系统分类:科研笔记

英文原题：Charged sorbents for direct air capture: A commentary

作者：Ben Wang, Liang Huang, Qiang Wang*

01 论文信息

论文信息

B. Wang, L. Huang, Q. Wang.Charged sorbents for direct air capture: A commentary[J].Green Carbon, 2024 2(4) 407-408.

论文网址

https://doi.org/10.1016/j.greenca.2024.07.005

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Charged sorbents for direct air capture A commentary

中文解读原链接

Green Carbon文章 │ 北京林业大学王强教授：带电吸附剂在空气中直接碳捕获

02 背景简介

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作为一种新兴的负碳技术，直接空气捕集（Direct air capture, DAC）通过从大气中捕获CO₂，被视为降低大气CO₂浓度的一个关键手段。不同于传统的生态碳汇系统，DAC具备土地占用小、灵活性高等优势，能够有效帮助减少非点源的碳排放。通过从空气中捕获并永久封存COv，DAC不仅能够直接减少大气中的CO₂含量，为减缓遗留排放提供了重要路径，同时也是应对不可避免的碳排放的负排放技术之一。此外，从空气中捕获的CO₂还可以作为原料，用于生产合成燃料、食品和饮料等多种产品。尽管DAC在碳捕集方面展现了巨大潜力，但由于环境空气中的CO₂浓度较低（约420 ppm），该技术面临较大的技术挑战。因此，研发兼具高效性与低成本的DAC技术仍是未来研究的重点方向。

近期，北京林业大学王强教授在Green Carbon发表题为“Charged Sorbents for Direct Air Capture: A Commentary”的文章，系统分析了李怀光教授团队在Nature上发表的研究成果“Capturing carbon dioxide from air with charged-sorbents”（doi.org/10.1038/s41586-024-07449-2），深入探讨了新型带电吸附剂在DAC中的应用前景。

03 文章简介

作者受到电化学储能设备的启发，创新性地应用电化学方法制备了用于DAC的吸附剂。这一方法使用廉价的活性炭布作为电极，KOH溶液作为电解质。在连续施加正电压（+0.565V）后，活性炭布电极带正电，通过形成双电层和表面官能团的氧化作用，在碳孔内积累活性氢氧根离子。氢氧根作为CO₂的化学吸附位点，通过形成碳酸盐和碳酸氢盐，增强了低压吸附能力。此外，氢氧化物在碳孔网络中的分散有助于避免稳定的大块碳酸盐生成，从而显著降低再生温度。

由于碳质材料本身导电，吸附剂无需另外耦合导电载体即可通过焦耳热直接将电能转化为热能，实现吸附剂的再生。与传统间接加热吸附剂的方法不同，焦耳热直接在吸附剂材料内产生热量，响应时间更快，从而实现更频繁的再生循环，显著提升了二氧化碳捕集的整体效率。紧凑的焦耳热解吸系统设计进一步减少了设备的占地面积，使其非常适合用于密闭环境。此外，使用可再生能源为系统供电，可大幅降低二氧化碳捕集过程中的碳足迹。

实验结果表明，带电吸附剂能够可逆地从环境空气中捕获CO₂，且在多个周期中表现出良好的循环稳定性。尽管潮湿环境对吸附剂性能有一定影响，但通过焦耳热再生，可以有效恢复吸附剂活性，显示出其在DAC实际应用中的潜力。通过调整电解质和电极材料，带电吸附剂还有望应用于DAC以外的其他领域。

总结及展望

这项研究通过模仿电化学储能设备的充电过程，创新性地开发了氢氧根功能化的多孔碳吸附剂，并利用焦耳热再生吸附剂，其全部能源可由可再生电力提供，为DAC吸附剂设计提供了全新的思路。这对于减少大气中的CO₂含量至关重要。未来研究应进一步探讨吸附机制，以及环境空气中复杂变化对吸附过程的影响。

04 作者简介

王强教授

王强，北京林业大学教授，博士生导师，主要从事生态固碳与减碳工程研究，主持各级项目20余项；发表SCI论文270余篇，H指数64，被引用20000余次；获授权美国发明专利4件、中国发明专利11件，主编英文专著3部。任SCI期刊Sci. Adv. Mater.副主编、J. Energy Chem.责任编辑、Front. Environ. Sci. Eng.青年编委、J. CO₂ Util.特刊编辑、React. Chem. Eng.和Fuel客座编辑、北京环境科学学会青年工作委员会副主任委员、中国环境科学学会青年科学家分会委员、未来论坛青年科学家创新联盟委员、中国化工学会稀土催化与过程专委会委员等。