在碳中和的背景下，用于吸附、催化的新材料分子篩逐漸受到關(guān)注。廣義上的分子篩指的是孔徑大小與分子尺寸相當(dāng)從而具有分子篩分能力的一類多孔物質(zhì)，狹義上的分子篩指的是結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，即常說(shuō)的沸石分子篩。

分子篩吸附劑通過(guò)物理吸附篩分空氣中的二氧化碳、氮?dú)獾瘸煞郑瑥亩峒兡繕?biāo)氣體。由于分子篩耐高溫、選擇性強(qiáng)、吸附能力高，因此被煤化工、石油化工、環(huán)境治理、空氣分離與凈化等多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

目前，碳中和的可行性技術(shù)有能源轉(zhuǎn)型、低碳生活、植物碳匯、碳捕捉與利用四大路徑，據(jù)預(yù)測(cè)，隨著新興經(jīng)濟(jì)體的石油和天然氣行業(yè)的不斷壯大，2020年-2025年全球分子篩市場(chǎng)規(guī)模的復(fù)合年增長(zhǎng)率為5.65%，2025年將達(dá)到43.90億美元。

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分子篩的部分應(yīng)用

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二氧化碳吸附

二氧化碳是主要的溫室氣體，比較經(jīng)濟(jì)有效地降低大氣中二氧化碳水平的手段主要包括從燃燒后的工業(yè)尾氣中去除二氧化碳、直接捕獲大氣中的二氧化碳兩種途徑。高效選擇性捕獲二氧化碳可有效緩解溫室效應(yīng)，在很多工業(yè)過(guò)程都有重要意義。

分子篩原粉對(duì)于弱酸性二氧化碳的吸附量較高，F(xiàn)AU、CHA、MFI和LTA等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分子篩比表面積和孔道大小適中，穩(wěn)定性較好，制備方法簡(jiǎn)單，已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

分子篩原粉對(duì)二氧化碳雖然有一定吸附捕獲能力，但隨著溫度升高，依靠物理作用的分子篩吸附劑的吸附能力會(huì)迅速下降。如何對(duì)分子篩材料進(jìn)行改性以提高吸附量與選擇性、如何提高分子篩在有水蒸氣存在的條件下對(duì)二氧化碳的吸附量，將是二氧化碳分離和捕獲領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

二氧化硫吸附

二氧化硫是最常見(jiàn)的空氣污染物之一，商業(yè)分子篩原粉自身具有一定的二氧化硫脫除能力，對(duì)酸性二氧化硫分子的吸附容量很高。X、Y與A型分子篩是研究最廣泛的幾種二氧化硫脫除材料，在高溫和低二氧化硫濃度的條件下也可實(shí)現(xiàn)高效脫除。

氮氧化物吸附

氮氧化物是大氣污染的主要來(lái)源之一，不僅會(huì)形成酸雨破壞生態(tài)環(huán)境，還可能形成光化學(xué)煙霧危害人類健康。吸附法是一種脫除氧化亞氮的可行方案，多種商業(yè)分子篩原粉對(duì)氧化亞氮表現(xiàn)出了較高的吸附量。

吸附劑選擇性地吸附氧化亞氮，解吸過(guò)程中產(chǎn)生的濃縮氧化亞氮可作為選擇性氧化劑應(yīng)用于下游化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程。此方案可減少氧化亞氮的排放，也可實(shí)現(xiàn)其的循環(huán)利用。

氫氣儲(chǔ)存吸附

氫氣是一種儲(chǔ)量大、能量密度高的能源，但易燃易爆。分子篩價(jià)格低廉且穩(wěn)定性好，使用納米多孔吸附劑作為氫氣儲(chǔ)存材料，可以在溫和條件下更安全、經(jīng)濟(jì)地儲(chǔ)存氫氣。具有一定的研究?jī)r(jià)值。

揮發(fā)性有機(jī)物吸附

揮發(fā)性有機(jī)物一般是指沸點(diǎn)在50~260℃之間，室溫下飽和蒸汽壓高于133.32Pa的易揮發(fā)有機(jī)物。大量的揮發(fā)性有機(jī)物會(huì)形成光化學(xué)煙霧和二次有機(jī)氣溶膠，危害人體健康和生態(tài)環(huán)境。

分子篩吸附方式分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。物理吸附是分子篩通過(guò)范德華力等分子間相互作用力將揮發(fā)性有機(jī)物吸附到表面，化學(xué)吸附是分子篩與揮發(fā)性有機(jī)物通過(guò)化學(xué)鍵作用將其固定在表面。

沸石分子篩具有較大的比表面積、豐富的微孔結(jié)構(gòu)、可控的表面疏水性和安全性，因此在揮發(fā)性有機(jī)物治理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

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埃爾派應(yīng)用案例

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隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，各類新材料不斷涌現(xiàn)，而新材料的出現(xiàn)也在助推著科技的發(fā)展。粉體加工技術(shù)對(duì)材料的研發(fā)和應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用，埃爾派的粉體技術(shù)以超細(xì)化、超純化、特定功能和安全環(huán)保為目標(biāo)，為新材料行業(yè)提供最前端的全流程服務(wù)。

巴斯夫?qū)嶒?yàn)室

物料：三元材料

產(chǎn)量：時(shí)產(chǎn)10kg

應(yīng)用：化工材料

設(shè)備：三合一氣流粉碎機(jī)

3M新材料工廠

物料：樹(shù)脂

產(chǎn)量：年產(chǎn)2萬(wàn)t

應(yīng)用：醫(yī)療器械等

設(shè)備：機(jī)械粉碎機(jī)

中國(guó)科學(xué)院

物料：活性炭

產(chǎn)量：時(shí)產(chǎn)2kg

應(yīng)用：污水處理等

設(shè)備：三合一氣流粉碎機(jī)

來(lái)源

劉珊珊等：分子篩材料在小分子吸附分離中的應(yīng)用，南開(kāi)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2021

劉強(qiáng)等：分子篩材料在揮發(fā)性有機(jī)物治理中的應(yīng)用研究進(jìn)展，中國(guó)五環(huán)工程有限公司2020

王葉青：可持續(xù)發(fā)展路線合成分子篩，浙江大學(xué)2017

上海證券報(bào)等。