微波辅助CO2 捕集：13X沸石整体式与流化床反应器的吸附再生性能优化研究

【编辑推荐】本研究针对传统CO2 捕集技术（TSA/PSA）能耗高、再生慢的瓶颈，创新性地采用微波摇摆吸附（MWSA）技术，对比分析了13X沸石在整体式与流化床反应器中的吸附/脱附性能。结果表明：整体式结构吸附容量更高（2.37 mmol/gsorbent ），但流化床温度分布更均匀；MWSA在60W/100°C条件下实现3.04 mol CO2 /kg-h的脱附效率，能耗最低仅8.34 MJ/kg，为规模化碳捕集技术提供关键设计依据。

　　

随着全球气温较工业化前上升0.8-1.2°C，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术成为实现《巴黎协定》1.5°C目标的关键路径。然而，传统温度/压力摇摆吸附（TSA/PSA）存在能耗高、再生周期长的缺陷，尤其对燃煤电厂等低浓度（5-15% CO₂
）尾气处理效率低下。美国阿拉巴马大学团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，首次系统比较了微波摇摆吸附（MWSA）技术在沸石13X整体式与流化床反应器中的性能差异，为开发高效低耗的CO₂
再生技术提供了实验范本。

研究采用微波反应器（7-60W功率范围）结合红外热成像技术，通过控制再生温度（40-100°C），测定两种反应器的吸附动力学、脱附速率、产物纯度等指标，并引入吸收功率与正向功率双维度能耗分析法。样本来源于标准工业沸石13X颗粒，实验设计涵盖10次吸附-脱附循环以评估稳定性。

【结果与讨论】

1. 吸附性能差异：整体式结构因接触时间延长，吸附容量（2.04-2.37 mmol/g_sorbent
   ）显著高于流化床（1.94-2.28 mmol/g_sorbent
   ），但后者因颗粒湍动避免了局部过热（>15°C温差）。
2. 微波功率效应：60W功率下整体式反应器脱附速率达峰值（3.04 mol/kg-h），但流化床在吸收功率计算中展现更优能量利用率（14.07 vs 8.34 MJ/kg CO₂
   ）。
3. 温度分布机制：红外热成像揭示整体式存在热点效应，而流化床通过颗粒碰撞实现均温，验证了微波体积加热（dielectric heating）的差异性传导机制。

【结论】该研究证实MWSA可将再生时间缩短至传统TSA的1/5，整体式结构适合高纯度需求场景，流化床则更利于规模化应用。第一作者M. Erguvan指出，微波穿透深度与沸石介电特性的协同优化是下一步重点。这项工作为CCUS技术从实验室走向工业提供了关键参数指导，尤其对燃煤电厂等点源排放的改造具有显著经济价值。