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利用大氣中的CO2制備碳納米纖維

CO2是大氣中含量最多的人為排放的溫室氣體。長(zhǎng)期以來(lái)，很多科學(xué)家和政府官員都致力于尋找轉(zhuǎn)換CO2的技術(shù)，這不僅涉及氣候變化問(wèn)題，更是一個(gè)具有商業(yè)研究?jī)r(jià)值的問(wèn)題。碳納米纖維作為一種材料資源，由于具有良好的強(qiáng)度、導(dǎo)電性、柔韌性與耐用性，發(fā)展?jié)摿薮?，但由于合成的?fù)雜性與成本問(wèn)題，其應(yīng)用受到很大限制。在美國(guó)波士頓召開(kāi)的美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)(ACS)2015年秋季會(huì)議上，華盛頓大學(xué)的Stuart Licht教授團(tuán)隊(duì)提出了一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)⒋髿庵械腃O2直接轉(zhuǎn)換成具有很高工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的碳納米纖維(CNF)及其消費(fèi)品。

這種新型的高轉(zhuǎn)化率(80%～100%)技術(shù)采用2個(gè)電極在高溫下熔融碳酸鋰，在電壓低于1 V的750 ℃高溫環(huán)境下，碳納米纖維(圖1)逐漸生成。在受熱并受到由鎳和鋼組成的電極的電流作用下，CO2溶解，碳納米纖維會(huì)在鋼電極上生長(zhǎng)并可移去。整個(gè)反應(yīng)除碳外，沒(méi)有其他廢棄產(chǎn)物。唯一的副反應(yīng)物是O2和熔融態(tài)的氧化鋰，氧化鋰將與CO2反應(yīng)生成碳酸鋰并持續(xù)反應(yīng)。整個(gè)試驗(yàn)所需的電和熱都由一個(gè)非常高效的太陽(yáng)能系統(tǒng)提供。該系統(tǒng)將太陽(yáng)光集中在一個(gè)光伏太陽(yáng)能電池上，產(chǎn)生電，再通過(guò)另一系統(tǒng)產(chǎn)生熱能，從而提高電解池的溫度。

圖1　試驗(yàn)制備的碳納米纖維

據(jù)稱,類(lèi)似的碳納米纖維售價(jià)約為25 000美元/t，而通過(guò)新技術(shù)獲得的碳納米纖維的預(yù)計(jì)售價(jià)僅為1 000美元/t。

目前該系統(tǒng)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，課題組正嘗試將碳納米纖維的產(chǎn)量提高至10 g/h，但擴(kuò)大到工業(yè)化規(guī)模還需等待。另外，該技術(shù)還存在一個(gè)很大的缺陷：即制得的納米纖維長(zhǎng)度太小，僅約200 μm，在很多領(lǐng)域都無(wú)法應(yīng)用。若要將其制成長(zhǎng)纖維還需進(jìn)一步的研究。但Licht教授相信該技術(shù)可以得到提升與拓展。

鐘曉慧 譯王依民 校