无模板法合成NaY沸石用于高效CO2 捕获：性能优化与环境可持续性突破

为解决传统模板法合成NaY沸石成本高、环境负担重且CO2 吸附性能不足的问题，研究人员通过优化无模板合成工艺，显著提升NaY沸石的CO2 吸附容量至6.51 mmol·g–1 （25 °C, 0.1 MPa），超越模板法样品。该研究为低成本、高性能碳捕获材料开发提供新思路，助力碳中和目标实现。

　　

研究背景
全球气候变化日益严峻，二氧化碳（CO₂
）排放被公认为主要推手。从极端天气频发到生态系统失衡，减少CO₂
浓度已成为当务之急。在众多碳捕获技术中，沸石吸附剂因其成本低、选择性高、稳定性好备受青睐。其中，钠Y型（NaY）沸石凭借其独特的微孔结构（孔径约0.7 nm）和低硅铝比（1.5–3.0），展现出优异的CO₂
吸附性能（选择性≥12）。然而，传统NaY合成依赖有机模板（如四甲基氢氧化铵），不仅成本高昂，还会产生不可回收的环境污染物。尽管无模板法合成NaY沸石被视为更可持续的替代方案，但现有方法普遍存在结晶时间长（如96小时）、吸附容量低（仅4.07 mmol·g^–1
）等缺陷，严重制约其工业应用。

研究机构与目标
中国科学院赣江创新研究院的研究团队聚焦这一难题，通过系统优化无模板合成工艺，旨在突破NaY沸石的CO₂
吸附性能瓶颈，同时保持其环境友好特性。相关成果发表于《Chinese Journal of Chemical Engineering》。

关键技术方法
研究采用三阶段温度调控法优化无模板合成，对比分析了模板法与无模板法NaY的微观结构（X射线衍射、BET比表面积测试）和CO₂
吸附性能（高压吸附仪）。通过调整硅铝源（硅溶胶HS 40%）、凝胶组成及结晶条件（温度、时间），优化了沸石的结晶度与孔道分布。

研究结果

1. 模板法vs无模板法性能对比
   无模板法合成的NaY初始吸附容量仅为4.07 mmol·g^–1
   ，显著低于模板法样品。结构表征显示其比表面积（687 m²
   ·g^–1
   ）和微孔体积（0.24 cm³
   ·g^–1
   ）较低，孔径分布不均（0.52 nm）。

2. 工艺优化突破
   通过精确调控凝胶组成与结晶动力学，优化后的无模板NaY比表面积提升至>700 m²
   ·g^–1
   ，微孔比例增加。CO₂
   吸附容量飙升至6.51 mmol·g^–1
   （25 °C, 0.1 MPa）和7.40 mmol·g^–1
   （0 °C, 0.1 MPa），超越商业NaY及模板法样品。

3. 结构-性能关联
   高分辨率表征证实，优化样品具有更完整的晶体框架和均匀的微孔分布，其表面化学性质（如钠离子位点密度）显著增强CO₂
   亲和力。

结论与意义
该研究首次实现无模板NaY沸石CO₂
吸附性能的全面超越，其突破性成果体现在三方面：

1. 环境效益：摒弃有毒模板剂，合成过程符合绿色化学原则；
2. 经济性：降低30%以上生产成本，适于规模化生产；
3. 性能优势：优化的微孔结构赋予材料卓越的湿度耐受性和循环稳定性（>100次吸附-脱附）。

研究为工业碳捕获提供了兼具高性能与可持续性的吸附剂解决方案，对实现“双碳”目标具有重要战略意义。团队特别指出，未来可进一步探索无模板法在其它沸石（如ZSM-5）合成中的普适性，推动吸附材料领域的范式变革。