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【黏土矿物助力“碳中和”】

为应对全球气候变暖,减少温室气体排放,2016年,包括中国在内的近200个缔约方共同签署了《巴黎协定》,低碳发展成为全人类的共识。我国在2020年向世界承诺力争2030年前碳达峰、努力争取2060年前实现碳中和,并将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。

碳捕集是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。现有CO2捕集技术中高效、节能、环保的捕集材料主要有液体胺、碳基吸附剂、沸石基吸附剂、金属有机框架(MOFs)基吸附剂、多孔聚合物基吸附剂以及氨基功能化固体吸附剂等。

天然黏土矿物资源丰富,成本低廉,具有较高的比表面积、丰富的孔道、较高的机械性能和化学稳定性,是一种优良的氨基功能化固体吸附剂基体材料,通过改性将其应用于CO2固体吸附剂的制备能显著提高CO2吸附性能,降低固体吸附剂的成本,有利于促进CO2捕集技术的大规模应用。

01

黏土矿物结构特征

(1)晶体结构

黏土矿物是一种在沉积岩和土壤等物质中以微粒状态存在的以铝、镁等为主的含水硅酸盐矿物,呈链层或层状结构,由硅氧四面体和铝(镁)氧八面体组成其基本结构。黏土矿物表面存在活跃的硅原子和铝(镁)原子,基面存在的氧原子和羟基可与吸附质相互作用,进行化学吸附,这种通过化学键的形成和断裂而实现的吸附能力极强且不可逆。

(2)孔道结构

黏土矿物的孔道结构特性包括比表面积、孔径和孔容积。依据孔径大小可分为小孔、介孔和大孔,孔径大小的分布影响其吸附性能。

(3)离子交换

黏土矿物阳离子的交换能力强弱会影响结构性能。一种优良的基体材料离子交换能力强,会存在大量的CO2吸附位点,可作为广泛应用的吸附剂。

02

黏土矿物基吸附剂

(1)高岭石基吸附剂

高岭石成本低,天然资源丰富,结构性能较差,经酸/碱处理活化可显著增大其比表面积和孔容积,改善其结构性质。采用湿浸渍法对高岭石进行氨基功能化改性后,发现胺对高岭石进行包覆,使CO2吸附容量从0.075mmol/g增加至3.39mmol/g(负载量为50%(质量分数)),进一步发现CO2吸附容量随氨基负载量的增加而增大,当氨基负载量较多时,表面修饰高岭石的氨基基团更多,进而改善了CO2吸附性能,证实了廉价高岭石是一种优良的固体载体,是可以通过氨基功能化改性来捕获CO2的一种优质吸附剂。

(2)埃洛石基吸附剂

埃洛石有较大的比表面积、丰富的孔结构和可变电荷表面,对吸附环境中特定污染物有较大优势。利用天然埃洛石通过预处理及聚乙烯亚胺(PEI)浸渍得到高效的介孔纳米CO2吸附剂,发现新型吸附剂的比表面积和孔体积显著改善且提供更多的活性基团。进一步探索压力、温度与CO2吸附性能的关系,发现其吸附性能随压力增大而提升,随温度升高而下降,在20℃和900kPa下吸附容量可达7.84mmol/g

(3)蒙脱石基吸附剂

蒙脱石具有天然的纳米片状形貌、较高的孔隙率、良好的阳离子交换性、通气性和吸附性,可使其成为一种新型CO2吸附材料载体。将酸/碱浸后得到的蒙脱石考虑接枝PEI,得到CO2吸附性能大大提升的吸附材料。当PEI负载质量分数为50%时,氨基和CO2间充分发生作用,吸附容量达2.54mmol/g。另一方面,吸附剂经过10次吸-脱附再生循环后,其吸附能力和物理化学性质略有下降,存在一定可逆的化学吸附-解吸。

(4)凹凸棒石基吸附剂

凹凸棒石独特的纤维状、链式、棒状微结构和纳米性质决定其具有丰富的孔道、较大的比表面积和高的孔隙率,在环保吸附方面有巨大潜力。以天然纳米凹凸棒石为载体制备高效捕获和转化CO2的多功能材料,其多孔弱碱的结构特点为吸附提供了结构基础,对凹土捕获CO2的等温吸附-解吸的循环性能进行分析,凹土在10次CO2吸附-解吸循环过程中吸附容量为1.15mmol/g,说明吸附-解吸过程中循环性能和结构稳定性良好。

(5)蛭石基吸附剂

蛭石的低堆积密度、膨胀疏松、较高的比表面积、高的阳离子交换能力及机械稳定性等特性使其成为一种有效的环境气体吸附剂。蛭石的结构不稳定,受热后片层失去层间水分,致密的层状结构出现不同程度的剥离,使得薄片脱落,比表面积和孔隙率都明显增加,且仍保留蛭石本身的离子交换性能和吸附性。以蛭石为载体负载2%四乙烯五胺(TEPA)制备复合吸附材料VER-TEPA-2%,在25℃、4500kPa时,CO2吸附容量可达29.5mmol/g,且6次循环和长时间热处理后表现出优异的循环稳定性,是一种具有前景的CO2捕集材料。

CO2的捕集与吸附技术可以有效控制大气中的CO2浓度,减少温室气体的排放量,缓解全球气候变暖、海平面上升和极端气候,CO2捕集技术已广泛应用到工业、农业、食品等领域,并进一步发掘新型的复合吸附材料,更大化降低温室气体的浓度。

黏土矿物基吸附剂储量丰富、有良好的选择性、化学稳定性、可再生性、循环稳定性以及成本低等特性,成为具有竞争力的CO2吸附材料。

会议推荐

2022黏土矿物及矿物材料产业

发展论坛

论坛内容

1. 膨润土、凹土、高岭土等黏土矿物深加工及除杂技术

2. 黏土矿物基吸附材料在“碳中和”领域的应用

3. 室内空气高效净化矿物材料制备技术

4. 黏土矿物靶向药物载体材料、药物凝胶材料、急救止血复合矿物材料、药物制备滤膜材料制备技术

5. 黏土矿物材料在畜牧养殖替(代)抗(生素)中的应用

6. 黏土矿物在土壤改良修复领域的应用

7. 黏土矿物储能材料制备技术

8. 矿物基农药高效载体材料、高性能矿物肥制备技术

9. 蒙脱石絮凝剂的制备与应用

10. 粘土矿产开发利用与深度加技术

11. 高岭土、膨润土、凹土等矿物表面改性技术

12. 高岭土在造纸、涂料、橡胶等领域的应用

13. 埃洛石的开发利用及其功能材料

14. 国内外膨润土防水毯加工及应用现状

15. 膨润土在涂料、日化、污水治理等领域的应用

16. 膨润土缓冲材料的应用与研究

【楼阳生在焦作市调研时强调:依靠创新驱动转型 依靠人才支撑强市 探索焦作特色高质量发展新路】

楼阳生在焦作市调研时强调

依靠创新驱动转型 依靠人才支撑强市

探索焦作特色高质量发展新路

3月15日至16日,省委书记楼阳生到焦作市调研产业发展、科技创新、城市规划、灾后恢复重建、疫情防控等工作。

3月16日,省委书记楼阳生到河南理工大学调研一流学科创建、产学研融合发展等情况。河南日报记者 董亮 蔡迅翔 摄

武陟县地处悬河头、百川口,历来是黄河治理的关键要地。在嘉应观治黄兴水博物馆,楼阳生详细了解黄河水文变迁、治水历史等,指出一部黄河治水史贯穿五千年中华文明史,要从历史中鉴古知今、汲取智慧,切实扛牢保障黄河安澜的重大政治责任,以功成不必在我的胸怀境界和功成必定有我的责任担当,全力“把黄河的事情办好”,建设“造福人民的幸福河”。楼阳生听取焦作市城市规划建设汇报,指出要抢抓郑州都市圈一体化发展机遇,做大格局、优化布局,以统一领导、统一规划、统一布局、统一设施、统一政策,推动市域一体化发展,持续做大做强城市经济。他强调,独特丰富的自然禀赋是焦作发展的潜力所在,要在保护优先、最小干预的前提下,做好开发利用大文章,推动生态优势转化成经济优势、发展优势。

焦作市产业技术科学院是焦作市组建的新型研发机构。楼阳生询问科学院功能定位、平台建设、成果转化、人才引进等,指出创新发展,人才是关键,要以事业留人、平台留人、环境留人、待遇留人,创新体制机制,打造一流创新生态,更好地吸引人才、培养人才、用好人才。在工业设计产业研究院,楼阳生了解设计产业和技术发展情况,指出要推动设计与制造深度融合,以设计开发需求、引领需求,推动制造业转型升级、换道领跑。他强调,要加强产业研究院与地方高校合作,发挥高校优势、强化人才支撑,依托创新平台、贯通产学研用,实现优势互补、融合发展。在焦作市智慧金融服务中心,楼阳生询问金融服务、银企对接等,强调要发挥金融科技力量,加大对中小微企业、专精特新企业支持力度,优化金融服务,创新信贷模式,形成金融和创新良性互动。
大沙河在汛期承担着市区防洪、泄洪功能。在大沙河水毁工程修复现场,楼阳生实地查看工程进展,听取焦作市防汛避险预案情况汇报,指出既要立足当下,急事急办、急事先办,加快修复水毁工程,确保汛期前全部完成;又要着眼长远,科学论证、系统谋划,构建现代化防灾减灾救灾体系。他强调,要牢牢坚持人民至上、生命至上,做好防大汛、抗大灾、抢大险的充分准备,强化预报预警预判预案预演,提前果断采取有效措施,坚决守牢不发生群死群伤事故的金标准。
企业创新发展是楼阳生关注的重点。在多氟多新材料公司,楼阳生了解科技创新、研发投入等情况,指出要围绕龙头企业全链条、全要素补链强链延链,补上关键环节,提高配套水平,构建一流产业集群、产业生态。在龙佰集团股份有限公司,楼阳生参观国家级企业技术中心,询问“万人助万企”活动开展情况,指出要增强服务纳税人意识,设身处地为企业着想,换位思考为企业服务,让企业专注做好“围墙内的事”。楼阳生叮嘱当地负责同志,发展新材料产业,焦作有基础、有潜力,要顺势而为、乘势而上,绘制好产业技术图谱,招大商、招好商,努力抢跑新赛道,加速动能转化、加快转型发展。在西大井1919文旅园区,楼阳生指出,工业遗存是城市历史文脉,要保护好利用好,以新产业新业态为城市发展注入新活力。在蒙牛乳业(焦作)有限公司智慧工厂,楼阳生强调,要加大政策支持力度,推动奶业全链条发展,加快实现奶业振兴。
在河南理工大学,楼阳生到安全学科实验室,查看瓦斯地图绘制、模拟实验装置等,指出要把静态基础数据与动态监测数据结合起来,提高瓦斯预报准确率。楼阳生听取一流学科创建情况汇报,叮嘱要对标“双一流”,扬优势、补短板,及早谋划新工科建设,再创百年老校新辉煌。他强调,要打破观念围墙、校园围墙、体制围墙,走出校门办大学,资源共享、平台共建、人才共用,与城市发展有机融合、同频共振。在调研中,楼阳生到焦作市疫情防控指挥部,检查指导值班值守、数据监测、赋码管理、应急指挥等工作,指出要推进各级防指全要素、专业化、实体化运作,立足于防、准、快、早、小,持续筑牢电子围栏、数字防线,提高触发机制灵敏性、精准性,牢牢掌握疫情防控主动权。
楼阳生主持召开座谈会,听取焦作市工作汇报,省直有关部门作了发言。楼阳生指出,要深入落实省第十一次党代会、省委十一届二次全会暨省委经济工作会议部署,紧紧围绕锚定“两个确保”、实施“十大战略”,结合实际、狠抓落实,创造性开展工作,努力在现代化河南建设新征程上展现新担当新作为。
一要树牢新发展理念。观念决定思路,思路决定出路。要完整、准确、全面贯彻新发展理念,加快转变经济发展方式,坚决从资源依赖型、粗放型的发展方式中走出来,拉高标杆标尺,找定位、明差距、定方向,坚定依靠创新驱动转型,依靠人才支撑强市,以特别能战斗、特别敢创新、特别重落实的精神状态和奋进姿态,走出具有焦作特色的高质量发展新路子。
二要编好国土空间规划。坚持省市县乡四级同步,主动融入、深度对接郑州都市圈建设,以前瞻30年的眼光高标准推进规划编制,优化生产、生活、生态布局,实现城乡统筹、市域一体。要用好当地高校资源,积极探索大学城建设新路径,推动城市与高校共生共荣、双向赋能。乡村规划要引进山地城乡规划理念,遵循村落文化脉络肌理,建设留得住乡愁的美丽乡村。
三要建设高品质城市。发挥自然禀赋优势,加强城市设计,最大程度尊重自然,注重延续历史文脉,以错落有致、特色鲜明的建筑风格,塑造独特的城市风格,持续完善功能设施、提升管理水平,建设宜居宜业宜游宜人的现代城市,以高品质城市吸引留住人才,以人才集聚提升创新能力,以创新驱动引领高质量发展。
四要做强主导产业。坚持制造业高质量发展主攻方向,聚焦新材料等优势产业,优化资源配置、产业布局,推动上下游、供应链产业链有机整合、有效衔接,形成产业集群发展、块状发展态势,发挥集聚效应、规模效应。培育壮大高端装备制造业,既要抓好大型装备生产,又要注重精密仪器研发,为实施换道领跑战略提供坚实支撑。
五要提升现代综合交通体系。站位郑州都市圈建设全局,谋划焦作交通体系建设,重大项目一体启动、一体推进,拓宽对外交通交流通道,畅通经济要素流通通道,构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代综合交通运输体系,巩固提升发展优势。
六要打造一流营商环境。持续创新体制机制,加快推进开发区整合改制,深入开展“万人助万企”活动,提升教育、医疗等公共服务水平,打造审批最少、流程最优、体制最顺、机制最活、效率最高、服务最好的营商环境,不断激发市场活力,提升发展竞争力。
孙守刚、陈星、何金平参加有关活动。
来源:焦作日报微信公众号

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