CPLUS沙龙11期 可持续建筑设计探索之路
时间 2022/03/24 星期四 18:30-20:30
地点 CPLUS会客厅
沙龙内容简介 在国家战略目标2030碳达峰、2060碳中和的背景下，建筑设计行业从业者开始更多地关注低碳、零碳和可持续建筑。本期沙龙主讲人周龙杰将与大家分享他在行业内积累多年的可持续建筑设计经验，建筑环境分析咨询案例，以及如何配合建筑师优化设计方案以实现低碳、零碳目标。
https://t.cn/A66S9k0d
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地点 CPLUS会客厅
沙龙内容简介 在国家战略目标2030碳达峰、2060碳中和的背景下，建筑设计行业从业者开始更多地关注低碳、零碳和可持续建筑。本期沙龙主讲人周龙杰将与大家分享他在行业内积累多年的可持续建筑设计经验，建筑环境分析咨询案例，以及如何配合建筑师优化设计方案以实现低碳、零碳目标。
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【“双碳”目标，中国在行动】“零碳”供电所是一个小小缩影。自中国宣布将力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和以来，顶层设计加速完善，各地行动迅速展开，新兴产业大量涌现，绿色低碳的生活方式更是深入人心。“言必信，行必果”，中国正在兑现“双碳”目标的道路上稳步前进。via@人民日报 →https://t.cn/A66aaSsx
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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
【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。
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2022黏土矿物及矿物材料产业
发展论坛
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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
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16. 膨润土缓冲材料的应用与研究
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