Биоуголь из рисовой шелухи: 6,01 ммоль/г CO₂ без давления

В Харбинском технологическом институте получили биоуголь из рисовой шелухи с адсорбцией CO₂ 6,01 ммоль/г

Лабораторный биоуголь из рисовой шелухи адсорбировал 6,01 ммоль CO₂ на грамм при 0 °C и сохранил 92,05% ёмкости после 20 циклов; его рассматривают для хранения энергии на сжатом CO₂.

Исследователи Харбинского технологического института получили из рисовой шелухи пористый биоуголь, который адсорбирует CO₂ при атмосферном давлении и отдаёт его в повторяющихся циклах. Об этом сообщается в статье в The Innovation Energy (2026, том 3, выпуск 1, статья 100131) doi.org. Материал под названием UHTCK адсорбировал 6,01 ммоль CO₂ на грамм при 0 °C и сохранил 92,05% ёмкости после 20 циклов адсорбции и десорбции, сообщили авторы doi.org.

Работа относится к хранению энергии на адсорбированном сжатом CO₂ — одному из способов сглаживать перебои ветровой и солнечной генерации. Обычное хранение сжатого газа требует оборудования высокого давления, которое дорого и требовательно к безопасности. В адсорбционном варианте используют материалы, которые связывают CO₂ при атмосферном давлении и отдают его по требованию. Поэтому адсорбент должен вмещать много газа, быстро его поглощать и легко отдавать doi.org.

Структура пор и получение

Биоуголь получали в два этапа: гидротермальная обработка рисовой шелухи, то есть сельскохозяйственных отходов, и последующая химическая активация гидроксидом калия doi.org. В итоге сформировалась иерархическая система пор. Узко распределённые микропоры с центром около 0,7 нм служат объёмом для хранения, а развитая сеть мезопор работает как транспортные каналы. На поверхность пор целенаправленно введены азотсодержащие функциональные группы doi.org.

Моделирование диффузии показало, что связанные поры ускоряют перенос газа при поглощении и выделении doi.org. Азотсодержащие мезопоры, как установлено, оптимизируют кинетику диффузии doi.org.

Механизм по данным моделирования

Команда сочетала измерения адсорбции с молекулярной динамикой и расчётами по теории функционала плотности, чтобы связать структуру пор с равновесием адсорбции и десорбции doi.org. Моделирование показало, что CO₂ удерживается в микропорах монослоем и накапливается у стенок мезопор doi.org.

Функциональные группы на краях пор повышают полярность поверхности. Азотные и кислородные группы образуют с CO₂ слабые электростатические взаимодействия, подобные водородным связям: достаточно прочные, чтобы удерживать молекулы, и достаточно слабые, чтобы они быстро уходили doi.org. По выводу авторов, высокая микропористость обеспечивает ёмкость, а азотсодержащие поверхности и мезопоры уравновешивают адсорбцию и тепло, что отвечает требованиям таких систем хранения при обычных условиях doi.org.

Исследование остаётся лабораторным. Ёмкость измеряли при 0 °C, а реальные системы хранения будут задавать собственные режимы температуры и давления. Авторы представляют сочетание упорядоченных многоуровневых пор и заданной химии поверхности как принципы проектирования материалов для улавливания CO₂ без оборудования высокого давления doi.org.

В Харбинском технологическом институте получили биоуголь из рисовой шелухи с адсорбцией CO₂ 6,01 ммоль/г

Структура пор и получение

Механизм по данным моделирования

Источники · 2

Читайте также

В Университете Канадзавы засняли, как комплекс Smc5/6 связывает ДНК, в опытах in vitro