简易制备氮掺杂碳气凝胶，用于高效CO2温室气体捕获和分离

1成果简介

通过吸附技术从流动的烟气中捕获CO2对于减少CO2向大气的排放至关重要。合理设计具有相互连接的多孔结构和丰富吸附位点的界面结构的高效碳基吸收剂可能是一种有前途的策略。本文，大连理工大学李新勇教授团队在《ACS Omega》期刊发表名为“Rational Design of Carbon-Based Porous Aerogels with Nitrogen Defects and Dedicated Interfacial Structures toward Highly Efficient CO2 Greenhouse Gas Capture and Separation”的论文，研究报道了通过控制ZnCl2的添加量和前体M/P比，通过预聚苯酚-三聚氰胺-甲醛有机气凝胶（PMF）合成氮掺杂碳气凝胶（NCA）。

研究发现具有较高比表面积和互连多孔结构的NCA含有大量吡啶氮和吡咯氮。这些将作为高效CO2捕获的固有吸附位点，并进一步提高CO2/N2分离效率。在制备的样品中，具有高微孔表面积和高氮含量的NCA-1-2表现出高CO2吸附容量（0°C和1 bar下为4.30 mmol g–1）和CO2/N2选择性（25°C下为36.5，IAST）。在典型的烟气条件下（25°C和1.01 bar），平衡气体吸附分析和动态穿透测量与在25°C、1.01 bar和0.81 mmol g–1的高吸附容量相关，在25°C和0.15 bar下吸附容量为2.65 mmol g-1。这种合理设计的氮掺杂碳气凝胶具有特定的界面结构和高CO2吸附能力、高选择性，在多次使用后，吸附性能保持相当稳定。

2图文导读

图1.PMF网络的合成路由示意图。

图2.（a）CA，（b）NCA-4-1，（c）NCA-2-1，（d）NCA-1-1和（e）NCA-1-2的SEM图像。

图3.NCA样品的FTIR光谱。

图4、(a) NCA-1-2在25 °C时的CO2和N2吸附等温线。(b) IAST预测的25 °C时CO2/N2的吸附选择性。

图5、（a）使用CO2/H2O/N2=15/3/82 vol%的气流，在25°C和1.01 bar下CO2吸附的突破曲线。循环0代表干原料气。循环1-5代表湿原料气。（b） 湿原料气循环实验的突破能力。

文献：
https://doi.org/10.1021/acsomega.2c05072

来源：材料分析与应用