形态工程驱动的高性能钾基CO2吸附剂：界面设计与构效关系研究

为解决传统CO2捕集技术能耗高、效率低的问题，研究人员通过水热合成和湿浸渍法制备了五种形貌可控的钾基吸附剂，其中海胆状空心微球K/Al-3表现出最优性能（吸附量达222.6 mg/g），其大孔径和丰富弱碱性位点显著提升CO2捕获效率，循环稳定性达95.7%，为低成本高效吸附剂设计提供新策略。

　　

全球气候变暖背景下，碳捕集与封存技术（CCUS）成为实现碳中和目标的关键路径。然而，传统胺法吸收技术存在能耗高、设备腐蚀等问题，而固体吸附剂虽具潜力，但其结构-性能关系研究尚不充分。针对这一挑战，武汉纺织大学分析测试中心的科研团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，通过形貌调控与表面改性协同策略，开发出高性能钾基CO₂吸附剂。

研究采用水热合成结合湿浸渍法，以Al₂(SO₄)₃·18H₂O为铝源，尿素为沉淀剂，通过添加酒石酸、草酸等结构导向剂，制备了五种形貌各异的载体（刚性微球、花簇状微球等）。借助N₂/CO₂吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等技术表征结构，并在固定床反应器中测试CO₂吸附性能。

合成与载体表征
SEM显示海胆状空心微球K/Al-3具有独特分级孔隙，其孔径（15.2 nm）和孔容（0.48 cm³/g）显著优于其他形貌，EDS证实K元素均匀分布。

CO₂吸附性能
K/Al-3在模拟工业烟气条件下吸附量达222.6 mg/g，是刚性微球K/Al-1的4.5倍。原位CO₂-TPD（程序升温脱附）揭示其弱碱性位点数量是其他吸附剂的1.8-3.2倍，促进CO₂化学吸附。

循环稳定性
经历100次“碳酸化-再生”循环后，K/Al-3吸附容量保持率达95.7%，归因于其结构稳定性和活性位点可逆性。

该研究首次系统阐明了载体形貌对钾基吸附剂性能的影响机制：大孔径增强CO₂扩散效率，而弱碱性位点（如表面羟基）提升活性组分利用率。WeiMing Wang等提出的形貌工程策略，为开发低成本（原料为常规化学品）、高效率（吸附量超200 mg/g）的CO₂捕集材料提供了新思路，对推动燃煤电厂烟气处理技术革新具有重要意义。