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    空氣二氧化碳直接捕集技術，英文為“Direct Air Capture”，簡稱“DAC”。由于二氧化碳的來源不同，在二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）的技術領域，有兩種路徑：即二氧化碳捕集與封存（CCS）和空氣直接捕集（DAC）技術。

    二氧化碳捕集與封存（CCS）技術是從工業廢氣中捕集二氧化碳，目前技術比較成熟；空氣直接捕集（DAC）技術是在自然空氣中直接捕集二氧化碳，是新興的一項碳捕集技術。

空氣直接捕集（DAC）技術示意圖

    空氣直接捕集（DAC）技術介紹

    空氣直接捕集二氧化碳技術，分為吸附劑吸附法、溶劑吸收法、電化學法、膜分離法幾種。

    以上圖所示，它們的優缺點對比

    吸附劑吸附法：解吸附困難，靈活性強，相關工藝成熟；

    溶劑吸收法：溶劑消耗大，整體能耗高，產品純度高；

    電化學法：成本高，安全性好，可利用可再生電力；

    膜分離法：選擇性低，產品純度低，占地面積小。

    吸附劑吸附法

基于氣體分子與吸附劑表面相互作用實現選擇性吸附

DAC常用的吸附劑

    空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術常用的吸附劑有金屬有機框架、沸石分子篩、胺功能化MOF、胺功能化二氧化硅（SiO?）、多孔有機聚合物、金屬氧化物、介孔硅、納米纖維等。

DAC吸附劑分類

    空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術吸附劑可分為物理吸附劑和化學吸附劑兩大類。其中物理吸附劑包括沸石分子篩、MOFs等；化學吸附劑包括胺功能化吸附劑等。

    DAC吸附劑吸附法的核心在于吸附劑和吸附工藝的選擇：

吸附劑的選擇性

吸附劑循環工作容量

    物理吸附：沸石分子篩吸附

尺寸篩分效應

作用力差異效應

擴散速度差異效應

Trapdoor（合頁門）效應

    物理吸附劑

低壓下二氧化碳吸附容量對比

    物理吸附劑：二氧化碳（CO?）與水（H?O）的競爭吸附

    隨著水量增加，吸附量會降低，再生困難。

    應對措施：利用干燥劑和吸附劑構成雙系統，或利用疏水材料對吸附劑進行封裝。

    本系統可以在溫度100℃下完成再生；在30℃下模擬空氣相對濕度為48%的條件下，在兩臺工作裝置上陸續運行。

利用疏水材料對吸附劑進行封裝

    吸附劑循環穩定性

    目前，報道DAC循環穩定性研究主要集中于30周期內。

LiX分子篩

Lewatit VP OC 1065

    化學吸附：固體胺吸附劑

    耐水性好，水可以參與二氧化碳吸附。

    優點：選擇性好、吸附量大（25℃時＞1mmol/g）；

    缺點：高溫穩定性差。

化學吸附反應示意圖

物理浸漬

化學接枝

    溶劑（溶液）吸收法

溶劑（溶液）吸收法原理

    空氣二氧化碳直接捕集（DAC）國際示范項目

    Carbon Collect公司：Mechanical Tree（機械樹）

    第一步：吸附

    ”機械樹“立柱垂直延伸超過10米高，裝填吸附劑捕集二氧化碳。

    第二步：降低再生

    ”機械樹“立柱被放入再生室。

    第三步：再生過程

    發生再生以釋放捕集的二氧化碳，排放的物質從再生室排出并被處理，最后生成純度大于95%~99.9%的二氧化碳。

    第四步：恢復高度

    機械樹再次延伸到全高，并重復以上過程。

    移動源DAC捕獲

移動源DAC捕獲

    DAC系統可以安裝在列車上，利用再生制動系統能量捕集自然環境空氣中的二氧化碳。

    DAC大型商業化項目示例

    ·100萬噸二氧化碳/年；

    ·溶劑吸收法；

    ·水分大量蒸發；

    ·建在河流、湖泊旁邊。

    ·4000噸二氧化碳/年；

    ·固體吸附法：胺功能化固體吸附劑，TVSA工藝；

    ·捕獲的二氧化碳通過自然礦化過程安全地從空氣中移除并永久儲存。

    應用前景

    空氣中二氧化碳捕集技術在成功與應用端耦合的情況下具有廣闊的應用前景；

    物理吸附劑、化學吸附劑均可以實現高純度二氧化碳的制備；

    研發耐水、耐塵、高穩定性的吸附劑至關重要；

    開發與吸附材料相匹配的循環工藝可以起到事半功倍的效果；

    充分挖掘各濃度二氧化碳的應用場景有望拉動分子篩消費、助力碳中和。

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