人为CO₂排放被认为是气候变化的主要因素。尽管已经证明了固体吸附剂如沸石和金属有机骨架对CO₂的吸附。然而，多孔碳质材料由于其稳定性（化学、机械和热）和再生过程中的能量摄入，仍然是优良的CO₂吸附材料。然而，CO₂在碳通道中的扩散限制了CO₂的快速吸附或解吸。碳纳米和微球将促进CO₂分子在整个孔网络中的传输。因此通过结合碳纳米和微球有望解决上述问题。

近日，加拿大不列颠哥伦比亚大学Orlando J. Rojas，芬兰阿尔托大学Bruno D. Mattos报道了合成了坚固的碳超微粒（SPs）作为优良的CO₂吸附剂。

文章要点

1）通过氧化热稳定化和随后的碳化，直径在200 nm到2.3 μm范围内的木质素颗粒（LPs）被成功地转化为不易熔的碳纳米球和微球。较小的LPs在较慢的升温速率下稳定，而较大的LPs需要较快的热稳定性（LP200可以在0.05 ℃/min的加热速率下氧化稳定，而2.3 μm的LPs需要1 ℃/min的预氧化加热）。2）自组装木质素SPs的机械强度随CNF负载量的增加而增加。在EISA蒸发水分的过程中，木质素SPs被缠绕的纳米纤维压实，在碳化过程中生成了颗粒间网络。CNF的添加和碳化的协同效应使得SPs具有显著的高机械强度，这是任何一种组分单独无法实现的。

3）氨蒸汽激活SPs的方式与水蒸气相似，但含有氮气。研究人员分析了N掺杂对活性炭吸收CO₂的影响。结果表明，碳源中的N不利于CO₂的吸附（40 ℃时仅吸附1 bar的CO₂）。此外，碳SPs可吸附77 mg_CO2 g^-1，是一种有效且可持续的固碳途径。

这项工作连接了基于木质素纳米和微球的微观和宏观结构，形成了毫米级的碳SPs。坚固的碳SPs易于操作，同时保持接近碳纳米和微球的初级表面。由于这些碳SPs作为主体碳具有更好的可加工性，并且纳米和微米材料提供了吸附物的快速扩散，因此这些碳SPs有望成为更佳的CO₂吸附剂。

参考文献

Bin Zhao, et al, Lignin-Based Porous Supraparticles for Carbon Capture, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.0c10307

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10307