基于反应性气泡形成的可控矿化加速CO2捕集技术研究

为解决燃煤电厂温室气体排放问题，研究人员通过整合Na2CO3吸收剂与聚丙二醇（PPG-455）促进剂，开发了一种新型气泡反应器系统。该研究实现了95.1%的CO2去除效率，并通过矿化过程将CO2转化为具有高附加值的球霰石（vaterite）相CaCO3，为碳捕集与利用（CCU）技术提供了高效、可持续的解决方案。

　　

随着第二次工业革命以来燃煤电厂的快速发展，温室气体（GHG）排放问题日益严峻，联合国甚至宣布全球进入“沸腾时代”。碳捕集与利用（CCU）技术被视为缓解气候影响和促进循环经济的关键手段。然而，传统的胺基吸收剂（如MEA和DEA）存在腐蚀性强、能耗高、成本昂贵等问题。尽管Na₂CO₃作为一种更可持续的替代品受到关注，但其CO₂吸收速率较慢，且现有技术缺乏对捕集后CO₂的高效利用。为此，国内研究人员在《Carbon Capture Science & Technology》发表了一项突破性研究，通过整合气泡反应器和矿化技术，不仅显著提升了CO₂捕集效率，还实现了CO₂的稳定固化。

研究团队采用半间歇式和连续式反应器系统，结合非分散红外传感器（NDIR）实时监测CO₂浓度，评估了不同Na₂CO₃浓度（0.10–0.50 M）和促进剂（如PPG-455、MIBC）对气泡尺寸及CO₂去除效率的影响。通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析了矿化产物的晶体结构和形貌。

Na₂CO₃浓度对CO₂去除的影响
实验发现，0.20 M Na₂CO₃溶液在无促进剂时达到47.4%的去除效率，过量浓度会因离子密度增加抑制CO₂溶解。

促进剂对气泡尺寸的调控
PPG-455在10 ppm时可将气泡直径从542 μm降至419 μm，其高分子量赋予更高的马兰戈尼弹性，有效抑制气泡合并。

连续反应器性能
PPG-455的加入使连续反应器的CO₂去除效率提升至95.10%，反应速率达9.96×10^–3 s^–1，远超传统NaOH洗涤法（62.10%）。

泡沫层效应
PPG-455形成的10.1 cm厚泡沫层显著延长气体停留时间，而MIBC仅生成1.3 cm泡沫层，前者去除效率提高至91.46%。

矿化过程
CO₂负载的Na₂CO₃溶液与CaCl₂反应后，90%的Ca²⁺转化为CaCO₃，其中PPG-455促进球霰石相占比达95%，并形成独特的“多肉植物”形貌，提升材料应用潜力。

该研究通过优化气泡反应器设计与矿化工艺，不仅解决了Na₂CO₃吸收速率慢的瓶颈，还为CO₂的工业级封存与高值化利用提供了新思路。PPG-455的可生物降解特性进一步增强了技术的环境友好性，其规模化应用有望推动燃煤电厂向碳中和目标迈进。