近日,国际著名工程学网站“Advances in Engineering”(简称AIE)公开报道了本课题组在二氧化碳水合物成核方面的最新研究成果。

大气中不断上升的二氧化碳(CO2)水平是当今一个主要的环境问题。减少二氧化碳排放已成为全球的首要任务。我们已经看到许多解决这个问题的策略,从提高能源使用效率到增加可再生能源。特别是,一种引起广泛兴趣的方法是碳捕获和储存(CCS)。这包括捕获工业过程中排放的CO2,并将其储存起来,使其远离大气。CCS中一个令人兴奋的方法是将CO2以水合物的形式储存起来,也就是笼形水合物。这些水合物是晶体状结构,CO2分子被困在由水分子形成的“笼子”里。这个过程需要特殊的条件——主要是高压和低温——通常在海洋深处或地下。理论上,以这种方式储存CO2可能是一个稳定、长期的解决方案,使其成为减少排放的一个有吸引力的选择。然而,尽管前景光明,在广泛使用CO2水合物储存之前,仍有一些重大挑战需要克服。最大的障碍之一是首先要了解这些水合物是如何形成的,因为这个过程相当缓慢和复杂。虽然科学家对天然气水合物是如何形成的有相当多的了解,但CO2水合物形成的细节——尤其是它们是如何在不同的表面上形成的——仍然是一个谜。水合物从无到有的过程,称为成核,是至关重要的,因为只有在水合物成核形成之后,它们才能进入持续的生长阶段。
针对这一问题,本课题组联合上海交通大学中科院院士郑平教授,基于经典成核理论建立了新的热力学模型,研究不同表面因素如何影响水合物的形成。相关成果最近发表在传热领域顶刊《International Journal of Heat and Mass Transfer》上。AIE编辑对此研究成果高度评价:该论文对CO2水合物成核过程进行了深入的研究。研究发现凹面和粗糙的表面吸引水,从而使CO2水合物更容易形成。这是一个重要的发现,因为它意味着如果我们调整CCS系统中使用的材料的表面,我们可能会使整个形成过程更快、更有效。这可能会导致专门设计用于促进CO2水合物形成的新材料或涂层,这在工业环境和自然环境中都很有用。该研究对大型CO2水合物捕集与封存系统的设计具有重大指导意义。
AIE成立于2005年,其主要目的是及时快速地报道工程领域重要的科学研究成果和创新技术。AIE所报道的论文是由国际专家顾问组选出,每周特别报道的优秀论文数量仅20篇,方向包括材料、化学、电子、机械、土木、生物医学工程以及通用工程(航空航天、通讯、计算机、农业、工业),入选率为以上领域发表论文总数的1‰。被AIE报道的论文需要具有特殊的科学重要性并能够被广大的科学读者所理解。AIE拥有广泛的读者群,每月的阅读量高达80万次,并被世界排名前40位的工程公司和全球主要研究机构所链接,用于跟踪全球最新突破性科技进展。
Advances in Engineering(AIE)报道原文链接:https://advanceseng.com/surface-solution-activity-effects-co2-hydrate-nucleation-thermodynamic-analysis-carbon-capture-storage/
期刊论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931024001170