吸附量飙升26倍！玉米芯变废为宝，我国团队造出「捕碳海绵」破解工业减排痛点

当钢厂烟囱还在为碳捕集成本头疼时，传统吸附剂还在为0.13 mmol/g的低效挣扎？上海交通大学团队在《能源前沿》发布创新成果：以玉米芯废料为原料，通过双盐模板法（ZnCl₂+KCl）制成蜂窝状生物炭，再嫁接聚乙烯亚胺（PEI）形成“核-膜”结构，70℃下CO₂吸附量飙升至3.35 mmol/g，较传统材料提升26倍！相当于1公斤新材料每年可捕集160公斤CO₂，为工业减排装上“低成本引擎”。

从“废料堆”到“捕碳网”：双盐模板造蜂窝骨架
玉米芯以往多沦为饲料或废弃物，研究团队却从中看到“碳中和大棋”——其纤维素结构经氯化锌熔盐蚀刻（如同混凝土中的钢筋骨架），再借氯化钾造孔（类似在骨架中凿出蜂巢通道），最终形成平均孔径8.49纳米的三维贯通介孔网络。电镜显示，该结构孔隙率超98%，比表面积达466 m²/g，为胺基分子锚定提供“豪宅级住所”。

“核膜协同”黑科技：胺基分子精准布阵
传统PEI改性材料常因分子团聚失效，团队创新采用真空浸渍法：将小分子量PEI-600（分子量600）溶液注入生物炭孔隙，利用液体表面张力在孔道口形成5.4纳米厚“智能膜”。这层膜如同“智能门卫”——允许CO₂分子自由穿透，却阻挡PEI分子逃逸。实验证实，该结构使胺基负载率提升15倍，CO₂捕获效率达0.32 mmol/mmol·N。

三重性能碾压：成本仅为传统材料1/5
在模拟工业烟气环境（70℃、0.1MPa）中实测：
✅ 吸附量破纪录：3.35 mmol/g（约合14.7克CO₂/100克材料），较硅胶基吸附剂（0.13 mmol/g）提升26倍（表2）
✅ 低温优势显著：50℃下吸附量仍达2.68 mmol/g，适合电厂余热利用
✅ 循环寿命超群：真空变温脱附20次后，性能衰减＜7.2%，而传统材料通常衰减30%
更关键的是，原料成本仅传统活性炭的1/5——玉米芯吨价不足百元，ZnCl₂/KCl可循环使用10次以上。

暗藏挑战：高温环境可能“膜破裂”
技术仍有短板。当温度超过240℃时，PEI-600分子开始逃逸，吸附量骤降40%。团队解释：“这如同高温下的巧克力涂层——低温稳固，高温会融化。”对比实验显示，高分子量PEI-10000耐热性更优，但低温吸附量降低17%，揭示“效率与耐热不可兼得”的矛盾。

产业革命：钢厂碳捕集成本直降60%
以年产千万吨钢厂测算：
🔧 传统胺液捕集：设备投资超2亿，每吨CO₂成本600元
🔧 新技术：生物炭反应塔+余热驱动，预期成本降至240元/吨
若全国钢厂普及，年减碳量相当于种植1.8个海南省森林。

隐忧警示：生物炭降解或存未知风险
尽管实现“变废为宝”，但改性生物炭在自然环境中的降解周期尚未明确。论文呼吁建立“材料全生命周期追踪”，防止新型环保材料成为土壤重金属污染源。

正如研究者所述：“当农业废料化身捕碳卫士，碳中和之路将少一份负担，多一份希望。”这项技术已被列入我国碳捕集优先发展目录，预计2026年开展工业级中试。