在工業生產過程中，減少煙氣二氧化碳排放和（hé）提升固體（tǐ）廢棄物資源化利用，成為實（shí）現工業綠色低碳轉型發展的重要因素。然（rán）而，現有二氧化碳捕集技術存（cún）在高能耗與（yǔ）高成本的問題，且工業固體廢棄（qì）物資源（yuán）化利率低和（hé）附（fù）加值低。因此，亟需（xū）尋求一種協同處（chù）理煙氣二氧化（huà）碳和固體廢棄物的一體化途徑。作（zuò）為一種過程強化技術，化學鏈為上述問題提供了高效解決方案。化學鏈二氧化碳捕集與原位轉（zhuǎn）化（圖1），通過（guò）吸附-催化雙功能材料的循環（huán）反應與再生，將二氧化碳捕集與二氧化碳轉化耦合在（zài）同一（yī）過程（chéng）中，解決傳統碳捕集利用（yòng）與封存（CCUS）路徑（jìng）的長流程、低時（shí）效、高能耗、高風險等問題。與此同時，以工業固（gù）體廢（fèi）棄物為（wéi）原料，可以獲取高效低成本的吸附-催化雙功能材料。由此可知，化學鏈二氧化碳（tàn）捕集（jí）與原位轉化（CL-ICCC）技術為工業綠色低碳轉型發展（zhǎn）提供了“一（yī）石二鳥”的突破口。綜上，湖南大學梁誌武教授（shòu）和（hé）金波副教授團隊在《Carbon Capture Science & Technology》發表研究綜述——“Chemical looping CO2capture and in-situ conversion as a promising platform for green and low-carbon industry transition: Review and perspective”，係統性總結了化（huà）學鏈二氧化碳捕集與原位轉化技術在（zài）工業煙氣淨化升級、工（gōng）業固廢資（zī）源化利（lì）用、工業係統集成優化等方麵（miàn）的研（yán）究（jiū）進展，前瞻性地提出了基於化學鏈二氧（yǎng）化碳捕集與原位轉化的新型綠色低碳工業體係。本文第一作者為金波，通訊（xùn）作者為（wéi）金波副教授和梁（liáng）誌武教授。文（wén）章主要研究內容如（rú）下：一、化學鏈二氧化碳捕集與原（yuán）位轉化用於煙氣淨化升級在采用化學（xué）鏈二（èr）氧化碳捕集與原位（wèi）轉化技術實現煙氣淨化升級時，煙氣雜質組分對雙功能材料（liào）的反應性能產生顯著影響（圖2）。氧氣引起雙功能材料催化位點氧化，導致雙功能材料在轉化階段催化活性延滯與衰減；水蒸氣與（yǔ）CO2發生競爭吸附，且引（yǐn）起催化劑燒結，導致催化活性降（jiàng）低；由於競（jìng）爭吸附（fù）與強堿性，NOx易與雙功能材料形成硝酸鹽，引起CO2吸附和催化活性變差（chà）；SOx在（zài）捕集階（jiē）段（duàn）易與CO2發生競爭吸附，導致雙功能材料吸附性能惡化，且形成金屬硫化物，但有可能通過雙（shuāng）功能材料的自再生機製加以恢複。圖2 煙氣（qì）雜質組分（fèn）（a）O2，（b）H2O，（c）NOx，（d）SOx對雙（shuāng）功能材料的影響二、化學鏈（liàn）二（èr）氧化碳捕集與原位轉化用於工業固廢資（zī）源化利用天然礦物（石灰石、白（bái）雲石、菱鎂礦）或工業固廢（電石渣、大理石）可以作為（wéi）原材料，去（qù）獲取高效低成本的雙功（gōng）能材料，且用於不同的化學鏈二氧化碳捕集與原位轉化過程中（圖3）。當采用菱鎂礦和白雲石為原材料，獲取鎂基雙功能材料，可以（yǐ）用於化學鏈二氧化碳捕（bǔ）集與原位逆水煤氣轉化過程中。使用石灰石和白雲石或添加鐵基催化劑時，獲（huò）取鈣基雙功能材料，用於化學鏈二氧化碳捕集與原（yuán）位幹（gàn）重整過程中。石灰石或電石渣耦合鎳基催化劑，獲取鈣基雙功能材料，可以實現化學鏈二氧化（huà）碳捕集與原位（wèi）幹重整（zhěng）或（huò）逆水煤氣轉換過程。大理石可以直接用於化學鏈二氧（yǎng）化碳捕集與原位逆水煤氣轉（zhuǎn）換過程。圖（tú）3 天然礦物/工業固廢衍生雙功能材料（liào）用於化學（xué）鏈二氧化碳捕集與原位轉（zhuǎn）化過程三（sān）、化學鏈二氧化碳捕集與原位轉化用於（yú）工業係統集成（chéng）優（yōu）化
將化學鏈二氧化碳捕集與原位（wèi）轉化過程集成到（dào）工業係統時（圖4），大多連接在煙氣後端，不改變現有工（gōng）業係統結構。與傳統（tǒng）CCU相比，CL-ICCC在能耗與成本方麵具有顯著（zhe）優（yōu）勢。當集成到電站和乙烯廠中時，CL-ICCC將增加能源效率，產（chǎn）生更（gèng）多的CO，減少CaCO3使（shǐ）用（yòng）量，降低總（zǒng）投資成本、CO生產成本和CO2減排成本。在CL-ICCC後續額外增加捕集工序，盡管提升（shēng）了（le）產品純度，但將增加更多能源消耗。若耦合費托合成，將降低熱量消耗，但增加能源效率。
圖4 集成（chéng）（a）化學鏈（liàn）二氧（yǎng）化碳捕集（jí）與原位（wèi）轉化或（b）貫序式二氧化碳捕集利用（CCU）的（de）工業體係四、基於化學（xué）鏈二氧化碳捕（bǔ）集與原位轉化的（de）新型綠色低碳工業體（tǐ）係在基於（yú）化學鏈二氧（yǎng）化碳捕（bǔ）集與原位轉化的新型綠色低碳工業體係（圖5）中，工業源二氧化碳進入二氧化碳捕集反應器中，通（tōng）過（guò）雙功能材料的吸附位（wèi）點將CO2從複雜煙（yān）氣組分中分離出來；工業排放的固體廢棄物通過轉換工序轉變為高（gāo）效低（dī）成本雙功能材料，為化學鏈二氧化碳捕集與原位轉化過程提供材料；轉化過程可（kě）以采用不同的還原介質（如（rú）甲烷、氫氣、烷烴（tīng）等），將捕集的（de）CO2轉（zhuǎn）化（huà）為高（gāo）附加值化學品（如合成氣、CO、烯（xī）烴）；這些產品可以售賣、為下遊費托合成通過原料或者循環至工業體係等，進而實現工業體（tǐ）係綠色低碳轉型（xíng）。圖5 基於化學鏈二氧化碳（tàn）捕集與原位轉化的新型綠色低碳工業體（tǐ）係
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