原位合成Fe-MOR分子筛催化剂用于高效节能CO2捕获的创新研究

针对传统胺法CO2捕集技术存在的动力学限制及溶剂再生高能耗问题，研究人员通过原位合成法将铁引入丝光沸石（MOR）骨架，开发出Fe-MOR分子筛催化剂。该催化剂通过调控孔结构和酸性位点，使30wt% MEA溶液的CO2解吸速率提升46%，再生热负荷降低17.4%，为碳捕集技术提供了高效节能新策略。

　　

随着工业革命以来温室气体浓度的持续攀升，CO₂减排成为应对全球气候变暖的核心挑战。尽管化学吸收法（如胺溶液捕集）是目前燃煤电厂尾气处理的主流技术，但其溶剂再生过程能耗高达全流程的40%-60%，严重制约了碳捕集与封存（CCUS）技术的经济性。传统胺法面临的两大瓶颈——质子转移效率低和反应热力学壁垒，亟需通过新型催化剂开发予以突破。

针对这一难题，中国某研究团队在《Carbon Capture Science》发表了创新性研究，通过原位合成技术将铁元素嵌入丝光沸石（MOR）骨架，构建了具有均匀金属分散的Fe-MOR分子筛催化剂。该研究通过调控催化剂的酸性位点（Br?nsted/Lewis酸）和介孔结构，显著提升了CO₂解吸动力学性能，为降低碳捕集能耗提供了新材料解决方案。

研究团队采用多种关键技术方法：通过X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征催化剂晶体结构与形貌；利用NH₃-TPD和Py-IR分析酸性位点分布；结合N₂吸附-脱附测试量化孔结构参数；采用拉曼光谱和¹³C NMR追踪反应中间体演变；最后通过循环实验评估催化剂稳定性。

研究结果
3.1 催化剂表征
SEM显示Fe(2)-MOR呈现蜂窝状结构，EDS证实铁元素均匀分散。XRD表明铁掺杂使MOR晶体结构从有序转变为非晶态。XPS检测到Fe²⁺/Fe³⁺共存态，证实铁成功进入骨架。N₂吸附显示Fe(2)-MOR介孔比例提升至6.313 nm，利于质量传递。NH₃-TPD检测到弱/中/强酸位点，Py-IR显示B/L酸比为0.5，协同促进质子转移。

3.2 催化性能
在30wt% MEA溶液中，Fe(2)-MOR使CO₂解吸速率达0.181 mmol/(mol·MEA·s)，较空白组提升46%。动力学常数提高3.5倍（9.30×10^-5 s^-1），再生热负荷降低17.4%。温度实验表明催化剂可使解吸温度降低6°C。循环测试发现催化剂表面Si/Al流失导致活性缓慢下降，但7次循环后性能趋于稳定。

3.3 催化机制
拉曼光谱显示Fe(2)-MOR加速HCO₃^-/MEACOO^-分解，¹³C NMR证实碳中间体信号减弱。机理研究表明：骨架中的Si-OH-Fe桥联羟基增强B酸活性，表面Fe氧化物纳米颗粒提供额外酸性位点，L酸位点通过攻击氧原子促进C-N键断裂，最终实现MEA和CO₂的高效分离。

这项研究通过创新性的原位合成策略，成功开发出兼具高活性和稳定性的Fe-MOR催化剂。其重要意义在于：首次实现铁元素在MOR骨架中的均匀掺杂，创造性地通过双酸位点协同作用突破胺法再生能效瓶颈。该技术可将CO₂解吸能耗降至传统方法的82.6%，为工业级碳捕集装置提供了可规模化的解决方案。未来通过优化催化剂结晶度以抑制碱性环境中的元素溶出，有望进一步推动CCUS技术的商业化应用进程。