Li4SiO4基CO2吸附材料研究进展与趋势

随着人类社会工业化进程的加快，温室气体排放量随之增加，导致温室效应加剧。在所有温室气体中，CO2占比最多、贡献最大，被认为是引起全球变暖的主要因素。人为排放的CO2主要来自工业生产过程中化石燃料的燃烧，为实现碳中和目标，除了推广清洁能源、提高能源利用效率和增加植物碳汇等措施外，对工业排放的CO2进行捕集封存必不可少。目前限制CO2捕集和分离工艺应用的主要因素是成本过高，为解决该问题，开发第2代低能耗固体CO2吸附材料对推动工业源CO2减排具有重要意义。Li4SiO4凭借较高的吸附容量、较低的再生能耗和成本在高温CO2捕集领域具有良好的应用前景。为推进Li4SiO4材料在碳捕集、利用和封存（CCUS）工艺中的应用，综述了Li4SiO4基吸附材料的研究进展，介绍了不同合成方法及合成条件对Li4SiO4材料的影响，论述了材料的性能改性方法及其影响机制，归纳了近年来Li4SiO4材料的成型及应用技术，最后总结了目前Li4SiO4基吸附材料发展过程中面临的挑战并提出该领域的发展趋势。Li4SiO4吸附CO2的过程可分为化学吸附和孔内扩散，其中扩散过程是Li4SiO4吸附CO2的决速步骤，通过调控合成工艺可获得具有更小粒径及多孔结构的吸附剂材料，从而促进CO2扩散过程。此外，利用碱金属盐负载也可改善吸附剂表面活性点位，从而提高其吸附动力学。对于材料成型应用，传统挤压造粒易造成Li4SiO4颗粒孔道结构破坏和比表面积降低，一般可通过模板支撑和造孔剂添加进行改善，对于成型材料还需合适的反应器及吸脱附工艺匹配，目前这些研究有待进一步优化。Li4SiO4基材料处于从基础研究向工程应用过渡的阶段，除了对吸附材料有更高活性及稳定性需求外，其规模化生产及成型、合成成本、吸脱附能耗、应用场景及捕集后CO2的处理处置等也是亟待研究的重点方向。