利用Fe3O4/SBA-15-PEI进行磁诱导摆动吸附，实现快速且高效的直接空气捕集

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Magnetic-Induced Swing Adsorption Using Fe3O4/SBA-15-PEI for Rapid and Energy-Efficient Direct Air Capture

磁诱导吸附技术优化CO2捕集效率，Fe3O4/SBA-15-PEI材料在湿度调控下实现1.53-3.2 mmol/g高吸附容量及高效脱附，加热/冷却速率提升328%-483%，循环稳定性达10次以上。

　　

直接空气捕集（DAC）是一种关键的负排放技术，用于缓解大气中二氧化碳（CO₂）水平的上升。然而，传统的基于温度摆动吸附（TSA）的DAC系统通常存在加热/冷却速度慢和能耗高的问题。在这项研究中，我们开发了一种通过共沉淀和浸渍法合成的Fe₃O₄/SBA-15-PEI吸附剂，并首次将其应用于磁诱导摆动吸附（MISA）过程中。将Fe₃O₄纳米颗粒引入SBA-15介观结构后，该吸附剂不仅具备了磁性响应性，其二氧化碳吸附能力也从1.21 mmol/g提高到了1.53 mmol/g（30 °C，500 ppm CO₂/Ar）。二氧化碳的吸附能力显著受到湿度和加湿策略的影响：在预加湿后引入干燥二氧化碳时，吸附容量为2.05 mmol/g（相对湿度RH = 30%）；而在直接引入湿润二氧化碳时，吸附容量为3.2 mmol/g（RH = 90%）。在MISA过程中，Fe₃O₄/SBA-15-PEI的加热/冷却速度分别为12.5 °C/min（干燥条件）和22.7 °C/min（湿润条件），比TSA系统快328%（干燥条件）和483%（湿润条件）；相应的脱附速度也分别快138%（干燥条件）和218%（湿润条件）。此外，Fe₃O₄/SBA-15-PEI的二氧化碳脱附性能也得到了提升，干燥条件下的脱附容量为1.25 mmol/g，湿润条件下的脱附容量为3.24 mmol/g，脱附效率分别为92.6%和99.9%。扩散模型分析显示，其动力学常数（D/r²）为1.84 × 10^–3 min^–1。该吸附剂在10次湿润DAC测试循环后仍能保持约1.46 mmol/g的二氧化碳吸附量，表明其具有良好的动力学性能和稳定性。总体而言，这些研究结果展示了MISA调控吸附剂在高效、快速循环DAC系统中的潜力，并为智能、响应型吸附剂的设计提供了重要启示。