钙硫循环介导的温室气体(N2 O/CH4 )协同转化与CO2 捕集：热力学视角下的可行性研究

为解决N2 O直接催化还原效率低、副产物多的问题，台湾科研团队创新性提出以CaS/CaSO4 为氧化还原介质，通过三步循环反应实现N2 O与CH4 的协同转化及CO2 捕集。热力学分析表明，573K下脱水处理可使CaCO3 选择性提升至0.67，同时消除H2 S副产物，为温室气体资源化处理提供新范式。

　　

论文解读
作为全球变暖的"隐形推手"，一氧化二氮(N₂
O)的温室效应是二氧化碳(CO₂
)的310倍，更是臭氧层破坏的元凶之一。尽管甲烷(CH₄
)理论上能直接还原N₂
O生成无害氮气(N₂
)，但现有催化技术面临"高温依赖"(973-1273K)、"催化剂中毒"和"NO_x
副产物"三重困境。更棘手的是，未反应的CH₄
逃逸会加剧温室效应，形成"减排反增排"的恶性循环。

明志科技大学与长庚大学的研究团队独辟蹊径，借鉴SO₂
处理的循环反应经验，首次将CaS/CaSO₄
氧化还原介质引入N₂
O-CH₄
体系。通过热力学模拟与吉布斯自由能(ΔG⁰
)计算，揭示了温度调控的"双面神"机制：在低温区(373-573K)，CaS优先还原N₂
O并捕获CO₂
生成碳酸钙(CaCO₃
)；高温区(>873K)则利于CaSO₄
氧化CH₄
再生CaS。这种时空分离策略成功规避了直接反应的选择性难题。

关键技术方法
研究采用HSC Chemistry软件进行热力学平衡计算，考察373-1273K温度区间内关键反应的平衡常数(K_eq
)。通过对比含/不含水蒸气条件下CaS碳化反应路径，结合ΔG⁰
分析评估CO₂
捕获效率。所有物性数据源自NIST标准数据库，重点监测CaCO₃
选择性与H₂
S生成趋势。

研究结果
Assessing the extent of CO₂
capture
脱水操作使573K时CaCO₃
选择性从0.50跃升至0.67，同时彻底抑制CS₂
和H₂
S生成。ΔG⁰
分析证实2CaS+3CO₂
→CS₂
+2CaCO₃
反应在298-1200K均能自发进行(ΔG⁰
=-34.2至-8.5 kJ/mol)。

Conclusions
该研究突破传统催化思维，通过CaS/CaSO₄
循环实现N₂
O与CH₄
的"分步驯服"。特别设计的脱水步骤不仅提升CO₂
固定率，更消除硫污染风险。Osarieme Uyi Osazuwa与Kim Hoong Ng团队的工作为工业废气处理提供新思路，其热力学指导下的工艺优化策略对实现"碳中和"目标具有启示意义。