美国俄勒冈州立大学（Oregon State University）的研究团队近期申请了一项新型碳捕获材料的专利。该材料属于金属有机框架（MOF）范畴，旨在解决工业烟气中水分干扰二氧化碳吸附的技术难题。
工业排放与碳捕获现状
根据美国环境保护局的数据，美国约 30% 的温室气体排放源自工业活动，其中包括化石燃料燃烧产生的能源消耗。尽管全球范围内直接空气捕获设施正在兴起——例如 2024 年在冰岛建成的全球最大此类工厂，其年捕获量仅相当于约 7,200 辆汽车的排放量——但针对固定源排放（如工厂烟囱）的捕获技术仍具有更高的成熟度和应用潜力。
相关研究成果已发表于《Angewandte Chemie》杂志。研究指出，这种被命名为 BVR-X 的新型 MOF 材料，能够通过内部结构将水和二氧化碳引导至孔隙内的不同区域，从而防止水分子堵塞二氧化碳的捕获位点。
MOF 材料与“水竞争”问题
金属有机框架是由带正电荷的金属离子作为节点，通过被称为连接体的有机“链接分子”构建而成的晶体材料。这种结构形成类似海绵的纳米孔，能够吸收气体。俄勒冈州立大学材料发现实验室负责人、化学教授基里亚科斯·斯蒂利亚努（Kyriakos Stylianou）表示，MOF 可通过多种组件进行设计，理论上存在数百万种组合，目前化学研究人员已合成超过 10 万种，并预测了数十万种其他 MOF 的性能。
然而，在实际应用中，处理含有大量水分的烟道气是主要挑战。许多在干燥条件下表现优异的碳捕获 MOF，在潮湿的现实世界烟气环境中会失去有效性。虽然可以通过干燥烟气来解决这一问题，但这会显著增加去除二氧化碳的成本，使其难以满足工业应用的经济性要求。
BVR-X 的结构创新与性能
“水通常使得捕获二氧化碳变得更加困难，”斯蒂利亚努解释道，“我们的新材料做了一些不寻常的事情：它通过改变对水的反应方式，使其能够有效地捕获二氧化碳。”
实验数据显示，BVR-X 能够从二氧化碳浓度仅为 4% 的高度潮湿气流中有效捕获温室气体，这一条件与天然气燃烧排放相符。在大量水存在的情况下分离少量二氧化碳极具挑战性，而该材料展示了良好的适应性。
此外，该材料具备可再生和重复使用的特性，能够在几十个捕获和释放周期中保持性能稳定，并能承受苛刻的操作条件。“这种内部组织有助于材料在更接近实际工业排放的条件下工作，”斯蒂利亚努强调，这对于开发实用的碳捕获技术至关重要。
