吸碳量暴增26倍！玉米芯废料变身「捕碳磁石」，我国团队破解减排成本困局-

当钢厂烟囱还在为每吨600元的碳捕集成本发愁时，传统吸附剂仍在0.13 mmol/g的低效区间挣扎？上海交通大学团队在《能源前沿》发布突破性方案：以废弃玉米芯为原料，通过双盐模板法（ZnCl₂+KCl协同蚀刻）制成蜂窝状生物炭，再嫁接聚乙烯亚胺（PEI）形成“核-膜”微结构，70℃下CO₂吸附量跃升至3.35 mmol/g，较传统硅胶材料提升26倍！相当于1公斤新材料年捕集160公斤CO₂，为工业减排按下“加速键”。

从田间废料到捕碳利器：双盐模板铸就“分子蜂巢”

玉米芯长期被视为农业废弃物，研究团队却从中挖掘出“碳中和金矿”——其纤维素骨架经氯化锌熔蚀（如同用酸雕刻大理石），再借氯化钾造孔（类似在岩石中开凿蜂窝通道），形成平均孔径8.49纳米的三维贯通网络。电镜图像显示，该结构介孔占比超98%，比表面积达466 m²/g，为胺基分子提供“纳米级公寓”。

“核膜双效”黑科技：小分子PEI化身智能守门员

传统改性材料常因大分子PEI堵塞孔隙失效，团队创新采用真空梯度浸渍：将小分子量PEI-600（分子量600）溶液注入孔道，利用液体表面张力在孔口形成5.4纳米厚“动态膜”。这层膜如同“智能筛网”——允许CO₂自由穿透（膜厚＜气体分子自由程），却阻挡PEI分子逃逸。实验证实，该设计使胺基利用率提升40%，CO₂捕获效率达0.32 mmol/mmol·N。

性能三连击：成本仅为活性炭1/5

在模拟工业烟气环境（70℃、0.1MPa）中：
✅ 吸附量碾压同行：3.35 mmol/g（14.7克CO₂/100克材料），较硅胶基材料（0.13 mmol/g）提升26倍（表2）
✅ 低温优势突出：50℃下吸附量仍保持2.68 mmol/g，完美匹配电厂余热温度
✅ 循环寿命倍增：真空变温脱附20次后性能衰减＜7.2%，而传统材料衰减超30%
更关键的是，原料成本仅传统方案1/5——玉米芯吨价不足百元，ZnCl₂/KCl可循环使用10次以上。

高温警报：240℃或触发“膜蒸发”

技术仍有局限。当温度超过240℃时，PEI-600分子开始逃逸，吸附量骤降40%。团队坦言：“这如同烈日下的冰层——70℃稳固，超温则崩解。”对比显示，高分子量PEI-10000耐热性更优，但低温吸附量降低17%，揭示“高效与耐热不可兼得”的矛盾。

产业颠覆：钢厂碳捕集成本砍60%

以千万吨级钢厂测算：
🏭 传统胺液捕集：设备投资超2亿，吨碳成本600元
🏭 新技术：生物炭反应塔+余热驱动，成本直降至240元/吨
若全国钢厂普及，年减碳量相当于1.8个海南省森林固碳量。

隐忧警示：生物炭降解路径待验证

尽管实现“变废为宝”，但改性生物炭在土壤中的降解行为尚未明确。论文呼吁建立“全生命周期监测”，防止锌元素残留引发次生污染。

“当每一节玉米芯都成为碳捕集战士，工业减排将告别高成本时代。”
——论文通讯作者王立伟

技术快问快答

双盐模板奥秘：ZnCl₂蚀刻骨架（造“梁柱”），KCl产生微孔（凿“房间”），协同打造分子级蜂巢。
PEI-600的选择：小分子流动性强，易形成均质膜；虽耐热稍弱，但完美匹配70℃工业场景。
捕碳原理：CO₂穿透PEI膜→接触胺基（-NH₂）→生成氨基甲酸盐（化学键锁死），全程如“磁石吸铁+胶水固定”双效协同。

未来路线图

🗓️ 2025年：建成万吨级玉米芯生物炭生产线
🗓️ 2027年：推出耐300℃的PEI-陶瓷复合涂层
随着全国碳市场扩容至千亿规模，这项“会呼吸的捕碳器”或成高碳行业转型标配。