[科普中国]-蒸气吸收材

温室气体排放来源多为世界重工业发展产生，温室气体一旦超出大气标准，便会造成温室效应，使全球气温上升，威胁人类生存。因此，控制和减少温室气体排放已成为全人类面临的一个主要问题。各国科学家都在研究能吸收温室气体的新型材料。

简介温室气体是指大气中那些能够吸收地球表面放射的长波红外辐射、对地球有保温作用的气体。温室气体中最重要的是水汽，它在大气中的含量不受人类活动的直接影响，直接受人类活动影响的主要温室气体是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氯氟烃和臭氧等。

温室气体对自然生态的影响：气候变化及其影响是多尺度、全方位、多层次的，正面和负面影响并存，但负面影响更受关注。全球变暖对许多地区的自然生态系统已经产生了影响，如气候异常、海平面升高、冰川退缩、冻土融化、河（湖）冰迟冻与早融、中高纬生长季节延长、动植物分布范围向极区和高海拔区延伸、某些动植物数量减少、一些植物开花期提前，等等。

温室气体对人类健康的影响：美国环境保护署认定，二氧化碳等温室气体是空气污染物，“危害公众健康与人类福祉”，人类大规模排放温室气体足以引发全球变暖等气候变化。温室气体对海洋动物的影响：联合国及野生动物专家表示，由于温室气体导致海洋酸度增高，声音传播速度加快，海洋的噪音污染也因此加剧，海洋哺乳动物之间的“通信交流”变得更加困难。

温室气体排放来源多为世界重工业发展产生，温室气体一旦超出大气标准，便会造成温室效应，使全球气温上升，威胁人类生存。因此，控制和减少温室气体排放已成为全人类面临的一个主要问题。各国科学家都在研究能吸收温室气体的新型材料。1

能选择性吸收温室气体的新材料美国科学家的一项最新研究在减少二氧化碳等温室气体的排放上取得了重要进展。他们开发出一种新型材料，并证实该材料能够隔离并捕获二氧化碳分子。新的研究成果对于应对全球变暖、海平面上升、海洋生态系统被破坏等问题具有重要意义。此外，该发现也能够让发电站摆脱毒性材料的使用，且能够有效地收集气体。

进行该项研究的是美国加州大学洛杉矶分校的化学教授 Omar M.Yaghi 及其同事。Yaghi 说：“选择性消除二氧化碳的技术难题已经被攻克，新发现的结构经过精确‘裁剪’，能够捕获并保存二氧化碳，并且没有逃逸。我们相信这会是一个转折点，在二氧化碳进入大气前就将其捕获。”Yaghi 小组设计出的新材料属于“沸石咪唑酯骨架结构材料”（ZIFs），这是一类具有可调整孔洞大小及化学性质的金属—有机配位子结构（MOFs）。ZIFs的表面积很大，而且在高温下不会分解，在沸水和有机溶剂中浸泡一周也仍然稳定。实际上，Yaghi 等人制造ZIF材料就是把传统沸石中的铝和硅元素用锌离子和钴离子等取代，而桥氧则被咪唑酯取代。不过，由于Yaghi 实验室的Rahul Banerjee 和Anh Phan 令该合成过程自动化，他们能够在一小时内实现 200 个化学反应，大大高于一般情况下每天进行几个反应的速度。在此次研究中，Banerjee和Anh两人共完成了9600个微化学反应，最终得到了25种ZIF结构，并且证实其中的 ZIF-68、ZIF-69 和ZIF-70 这3种结构能够高选择性地捕获二氧化碳 。

ZIF材料的内部可以存储气体分子，在化学结构上，它有一个类似于旋转门的薄盖，能够让大小合适的分子进入并将其存储，而阻碍较大或者形状不同的分子。

ZIF-68、ZIF-69 和ZIF-70 都是开放式结构，通过将它们置于一氧化碳和二氧化碳，以及一氧化碳和氮气的两种混合气流中，研究人员确切证实了只有二氧化碳能够被捕获。

当前发电厂收集二氧化碳需要使用毒性材料，而且这一过程的能源消耗约为整个发电厂输出的 20%～30%。相比之下，ZIFs 能够从多种气体中将二氧化碳分离出来，而且其存储能力超出当前多孔碳材料的5倍。1

能吸收二氧化碳的水泥据国外媒体报道，最近，英科学家发明出一种新型环保水泥，可有效吸收二氧化碳。水泥，这个昔日被认为是排放二氧化碳导致全球气候变暖的“罪人”，在英国科学家的发明下，开始转变为吸引二氧化碳的有力武器。总部设在伦敦的 Novacem 公司首席科学家称，这种新型环保的水泥的诞生意味着水泥行业将从“重大的二氧化碳排放者到重要的二氧化碳吸收者的角色的转变”。其发明已经获得产业界和环保界的大力支持和资助。该公司也正在积极申请专利。

传统水泥的生产会导致温室气体的排放，主要有两个来源：生产水泥的时候需要高温加热，因此需要耗费大量能量来对水泥窑里面的加工原料进行加热，比如像石灰石。但是这些原料在分解的过程中会进一步释放出二氧化碳。具体来说，标准的水泥，也称为普通硅酸盐水泥，是由石灰岩或粘土加热到大约 1500℃后形成。每加工一吨水泥会产生0.8t的二氧化碳。当它最终与水混合用于建筑时，每吨水泥能吸收0.4t的二氧化碳，因此每吨传统水泥的碳足迹为 0.4 吨。

Novacem 水泥的以镁硅酸盐为基础原料，它不仅在制造过程中比标准水泥需要的热量少，而且在硬化过程中还能够有效吸收空气中的大量的二氧化碳，这使得生产总体上是“碳负性”(carbon-negative)的。Novacem 公司的水泥，在加热的时候不会释放出二氧化碳。其生产过程是在大约650度的低温运行。这导致每吨水泥生产只排放0.5t的二氧化碳。但Novacem 水泥在硬化的时候可以吸收更多的二氧化碳，每吨水泥能吸收 0.6t 的二氧化碳，因此，不会产生碳足迹。1

本词条内容贡献者为:

尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学