二氧化碳作为一种主要的温室气体，会引起温室效应，导致冰川融化和海平面上升等环境危机。基于水合物的二氧化碳封存被认为是有效减缓全球变暖从而减少大气二氧化碳排放的潜在手段。二氧化碳水合物的最大理论二氧化碳储存容量达到180.0 V/V。低渗透人工二氧化碳水合物层被认为是进一步提高二氧化碳储存能力和防止二氧化碳泄漏的有效方法，它作为稳定的密封层，确保了海洋二氧化碳封存的安全性。因此，固体水合物形式的二氧化碳封存是一种安全可行的海洋二氧化碳封存方法。

然而，目前存在的挑战在于二氧化碳水合物形成动力学十分缓慢，这会导致二氧化碳泄漏的风险。在水合物形成过程中，液态二氧化碳往往被一层薄薄的水合物膜包裹，这限制了其溶解，并通过减少液态二氧化碳的传质而进一步限制了水合物的生长。

图1.含FA的中国南海海水液态二氧化碳水合物形成过程中水团的“自虹吸”

近日，华南理工大学化学与化工学院樊栓狮团队提出了使用一种新型的有机质-黄腐酸（FA）作为促进剂，利用黄腐酸（FA）的高溶解度在溶液中产生“自虹吸”现象，明显提高了二氧化碳水合物形成过程中的传质驱动力，最终在高压可视化反应器中实现了南海中国海水中液态二氧化碳快速生成二氧化碳水合物。结果表明，在279.2 K下，液态CO2能在30.0min内完全消耗液态水并转化为水合物，并完成二氧化碳水合物的成核和生长，平均水合物生长速率高达4.11mmolCO2/(molH2O·min)。与迄今报道的其他添加剂相比，水到水合物的平均转化率最高。对于500ppm的FA，获得了高达121.8 V/V的二氧化碳储存容量。黄腐酸（FA）的加入使二氧化碳水合物的形成速度加快了1到2个数量级，实现了高存储容量，为大规模的海洋二氧化碳封存铺平了道路。

图2.在4.0Mpa和275.2 K温度下，不同FA浓度的南中国海海水中CO2水合物的储气量和平均水合物生长速率

图3.南海中国海水中二氧化碳水合物的拉曼光谱

研究成果以“利用新颖的‘自虹吸’原理快速生成高储量的二氧化碳水合物”（Rapidformation of CO2 hydrate with high storage capacity via a novel“self-siphoning” principle）为题发表在水合物领域国际期刊《Chemical EngineeringJournal》。本文第一作者为华南理工大学化学与化工学院2021级博士生刘发平，通讯作者为樊栓狮教授、王燕鸿副研究员。论文作者还包括化学与化工学院郎雪梅副研究员和李刚教授。本研究项目得到了广州市重点研究发展计划(编号：202206050002)和广东省海洋经济发展专项(海洋六大产业)(广电[202206050002]33)的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162749