Moisture-Driven CO2 Sorbents

水分 环境科学 废物管理 材料科学 工程类 复合材料
作者
Xiaoyang Shi,Hang Xiao,Kohei Kanamori,Akio Yonezu,Klaus S. Lackner,Xi Chen
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:4 (8): 1823-1837 被引量:89
标识
DOI:10.1016/j.joule.2020.07.005
摘要

Summary An energy-saving system containing ion-exchange or nanoporous materials and carbonate ions is proposed, which is capable of capturing CO2 from ambient air simply by controlling the amount of water (moisture) in contact with the sorbent. The system binds CO2 from the air when the surrounding is dry, whereas it desorbs CO2 when it is wet. A design of such CO2 sorption and desorption systems is investigated using quantum mechanics simulations and is verified by experiments. Its working mechanism is revealed as the free energy change of the chemical reaction of the carbonate ions and water molecules; the free energy change decreases when the number of water molecules in the materials decreases. The influence of pore size, spacing of cations, and surface hydrophobicity of the sorbents on CO2 capture efficiency are elucidated. The study sheds light on ways to optimize an efficient direct air capture system and therefore contributes to the development of “negative emission technologies.”
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