新材料极大程度提高碳捕捉效率
胺类溶剂有缺陷 MOFs成理想替代品
为有效捕捉发电厂内产生的二氧化碳，各大化学公司及能源巨头都纷纷将大笔赌注投向液体胺类溶剂。胺类溶剂是具有腐蚀性的液体，由氨水衍生而来，能极有效地吸收二氧化碳气体。
 胺类溶剂有缺陷 MOFs成理想替代品 |
但利用胺类溶剂捕捉二氧化碳存在一个另人头疼的问题：一旦二氧化碳与胺溶剂结合，便很难再将二者分开。因此，循环利用胺类溶剂也会变得很困难。而若想将二者分离，需要消耗大量能量。有人估计，这一过程消耗的能量最多可占电厂发电量的25%。为了避免如此巨大的能源消耗，美国科学家在美国能源部的资助下正在努力发明新一代的多孔固体材料替代胺类溶剂。科学家希望这种新一代材料能轻易捕捉并释放二氧化碳。
具有这种功能的固体材料的来源广泛，如由糖类制来的带有细微小孔的碳、能过滤并分离化学物质的分子筛、复杂的由微型组件拼接而成的能够捕获特定化学物质的构造等等。
美国加利福尼亚大学走在微型拼接组件的最前沿。该校的奥马尔·亚纪实验室近十年来为“大型晶状分子式组件”制造做出了突出贡献。“大型晶状分子式组件” 又被人称为“有机金属结构”（MOFs）。如今，该实验室已经发明了新一代的MOFs，其二氧化碳捕捉与存储能力与胺溶剂相差无己，同时极易与二氧化碳分离。该项研究报告将于今年下半年发表，而亚纪实验室早前关于该课题的报告已经分别刊登在了《科学》及《自然》杂志上。
亚纪实验室的一位研究员王博说，如果用肉眼看，MOFs状似“岩石”；但如果从分子层面来看，这种物质则像由一系列巨大的圆形笼子构成的峰窝和海绵。”
MOFs的优势
胺类溶剂的缺陷在于，一旦与二氧化碳发生结合就必须用120℃的高温加热1至2个小时才能分离。根据王博研究员所言，新发明的MOFs仅需60℃的温度便能在2分钟之类释放捕获到的二氧化碳，并再次投入使用。
此MOFs之所以有如此奇效是因为它结构独特。科学家用有机链将金属离子簇连接起来制成这种MOFs。这样制成的MOFs只要稍微加热便能轻易改变结构，释放被困在其内的二氧化碳。亚纪实验室的研究人员已经制造出了不同种类的微型分子小组件，并开始测试哪种分子小组件能够选择性地吸收二氧化碳。约瑟夫·胡普是美国西北大学的化学家，曾制造出能将二氧化碳与氨气分离的MOFs。胡普解释说，二氧化碳分子表面的电子分布在特定的时刻不均匀（这样的时刻被科学家称为“四极矩”）。二氧化碳的这一特点让其区别于其它气体，从而让MOFs通过二氧化碳表面原子分布对其进行选择成为了可能。
MOFs能否很好地应用在火电厂内充满蒸汽的环境中，这一点还有待进一步验证。但王博认为他们目前所拥有的一种分子小组件可以快速、经济地应用于工业生产。亚纪实验室已经与化工巨头德国巴斯夫欧洲公司合作，准备大批量地生产三种简单的MOFs，并将它们命名为Basolite。据称，Basolite不仅能够吸收许多不同种类的化学物质，而且只制作方法非常简单：只要将特定的金属与有机衔接物“配方”一同倒入特定溶剂热即可。当混合物冷却后便会自动结晶成晶状物质，这便是MOFs。因此该过程更像是MOFs自我组装的过程。
但MOFs是否能与液态溶剂竞争还有待考验，因为后者的制作过程更简单。但目前巴斯夫公司已经把Basolite的价格降低到了10欧元/千克。这已经是一个非常具有市场竞争力的价格了。
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