NaBH4 表面修饰cPVC基多孔碳材料提升CO2 /CH4 吸附性能及其在氢气纯化中的应用

本研究针对氢气(H2 )生产中CO2 /CH4 分离难题，开发了NaBH4 修饰氯代聚氯乙烯(cPVC)基多孔碳的新型吸附剂。通过响应面法优化KOH/cPVC比例与处理时间，获得最佳吸附性能的K24样品，其CO2 和CH4 吸附量分别达4.21 mmol/g和1.83 mmol/g，窄微孔体积增至0.3662 cm3 /g，为蓝氢/绿氢生产中的碳捕获提供了可规模化应用的高效解决方案。

　　

在全球能源转型背景下，氢气作为清洁能源载体备受关注，但其生产过程中伴随大量CO₂
排放（传统工艺每千克H₂
产生12 kg CO₂
）。尽管绿氢（水电解制氢）是理想选择，其成本和技术瓶颈导致当前占比不足1%，而整合碳捕获技术的蓝氢（3-5 kg CO₂
/kg H₂
）和甲烷热解制取的蓝绿氢成为现实选择。这些工艺亟需高效吸附剂解决CO₂
/CH₄
分离难题。韩国研究人员在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，通过NaBH₄
表面修饰氯代聚氯乙烯(cPVC)衍生多孔碳，显著提升气体吸附性能。

研究采用响应面法(Box-Behnken设计)优化KOH活化比例与NaBH₄
处理时间，结合N₂
吸附/脱附、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料特性，通过高压气体吸附测试评估性能。

化学筛选与优化
对比酸、碱、氧化剂等处理方式，发现1 M NaBH₄
处理使CO₂
吸附量提升7.5%。K24样品（KOH/cPVC=2，40分钟处理）展现出4.21 mmol/g的CO₂
吸附容量，其0.3662 cm³
/g的窄微孔体积证实了孔径调控的关键作用。

材料特性分析
XPS显示NaBH₄
处理增加了含氧官能团（羧基、羟基），FTIR证实了C=O键减少和C-O键形成，这些变化增强了气体分子与碳骨架的极性相互作用。

结论与意义
该研究开创性地将NaBH₄
应用于多孔碳表面修饰，通过协同优化微孔结构和表面化学性质，使材料在25°C/1 bar条件下CO₂
吸附量超越多数报道的碳基吸附剂。这不仅为蓝氢/绿氢生产中的碳捕获提供了经济高效的解决方案，更为聚合物衍生碳材料的性能调控提供了新思路。研究成果对实现碳中和目标下的氢能规模化应用具有重要实践价值。