一、化学吸收剂：高效脱碳的核心力量
1. 碱性溶液体系
- 氢氧化钠（NaOH）：强碱性溶液，与CO₂快速反应生成碳酸钠，适用于高浓度CO₂场景（如工业尾气），但需注意设备腐蚀问题。
- 氢氧化钙[Ca(OH)₂]：低成本石灰乳，常用于实验室或低浓度CO₂去除，溶解度低需频繁更换。
氨水（NH₃·H₂O）：与CO₂生成碳酸氢铵可作肥料，但氨易挥发需控制操作环境。
2. 有机胺类吸收剂
- 单乙醇胺（MEA）：工业级主流吸收剂，吸收率超90%，但再生能耗高（120-140℃）。
- 混合胺体系：如MEA与二乙醇胺（DEA）复配，降低再生能耗并提高吸收容量；新型胺类（如哌嗪）抗降解性更优。
- 钾基/钠基吸附剂：如K₂CO₃、Na₂CO₃，用于燃烧后脱碳技术，需配套再生系统。
3. 离子液体
- 特点：低挥发性、高热稳定性，通过阴/阳离子设计可优化CO₂溶解度，易再生，是绿色化学潜力方向。
二、物理吸附剂：选择性分离的利器
1. 活性炭
- 优势：高比表面积、低成本，适用于常温/低温吸附，但吸附选择性低，受湿度影响大。
- 改性方向：通过表面修饰提高对CO₂的吸附容量和选择性。
2. 沸石分子筛
- 13X型分子筛：均匀孔径结构，选择性吸附CO₂，但再生能耗较高。
- 焦炭分子筛：孔径集中（0.3-1nm），疏水性强，适用于非极性气体分离（如氮气、甲烷），在工业气体分离中表现优异。
3. 金属有机框架（MOFs）
- 特点：高比表面积、可调孔径，吸附容量大，但成本较高，工业化应用仍需突破。
- 代表材料：Mg-MOF-74对CO₂吸附容量达传统材料数倍。
4. 碳纳米材料
- 如碳纳米管，通过改性提高吸附效率，适用于高性能吸附场景。
三、膜分离技术：低能耗的绿色选择
- 聚酰亚胺膜：对CO₂/N₂分离系数高，适用于天然气纯化、烟道气处理，能耗低但需解决膜老化问题。
- 无机膜：如陶瓷膜，耐高温高压，适用于特殊工业场景。
四、生物固碳与新兴技术：可持续的未来方向
1. 生物固碳
- 微藻/基因工程菌：直接转化CO₂为生物质或燃料，兼具碳固定与资源回收，但技术成熟度及成本需突破。
- 生物炭（Biochar）：通过土壤碳增强实现长期固碳，纳入国际气候政策决策模型。
2. 直接空气捕集（DAC）
- 利用高性能吸附剂/吸收剂直接从空气中捕获低浓度CO₂，适用于难以减排的场景，如航空、航运。
3. 化学链矿化
- 钢渣/粉煤灰固碳：通过矿化反应制备碳酸盐产品，实现固碳与资源化，如山东京韵泰博项目年减排4.4万吨。
- 增强风化：利用矿物与CO₂反应形成稳定碳酸盐，长期固碳潜力大。
五、应用场景与案例分析
1. 工业烟道气脱碳
- 冀东油田案例：采用新型胺液吸收剂，脱除率达99%，年捕集2.55万吨CO₂。
- 国家电投远达环保技术：低能耗烟气捕集，碳捕集效率≥90%，产品纯度≥99.9%。
2. 天然气处理
- 山东京韵泰博项目：利用钢渣与CO₂反应制备负碳板材，年消耗工业废气5万吨，固碳200kg/吨产品。
3. 电力与化工
- 合成氨工艺：回收低浓度CO₂尾气，资源化利用，年减排38.5万吨。
- 氢冶金炉顶气脱除：河钢集团项目年减排8.9万吨，投资回收期4.5年。
六、环境影响与选择策略
- 环境影响：需综合考虑脱除剂的再生能耗、二次污染（如废水、挥发性有机物）、资源消耗等。
- 选择策略：
- 高浓度场景：优先化学吸收法（如MEA），效率高但需配套再生系统。
- 低浓度场景：膜分离或生物固碳更具经济性。
- 特殊环境：焦炭分子筛等物理吸附剂在疏水、非极性气体分离中表现优异。
- 长期固碳：生物固碳、化学链矿化等负排放技术潜力大。
七、未来趋势：绿色、高效、可持续
- 材料创新：MOFs、离子液体等新型材料研发，提升吸附容量与再生能力。
- 工艺优化：低能耗再生技术、智能化再生系统设计，降低运行成本。
- 系统集成：CCUS（碳捕集、利用与封存）全链示范，如齐鲁石化-胜利油田100公里CO₂管道项目。
- 政策驱动：国际气候政策（如巴黎协定）推动脱碳技术规模化应用，中国“双碳”目标下CCUS需求持续增长。
二氧化碳脱除剂的选择需结合具体场景，综合考量效率、成本、环保要求。从传统碱性溶液到前沿纳米材料，从化学吸收到生物转化，技术正朝着更高效、更绿色、更可持续的方向演进。在应对全球气候变化的征程中，科学选择与优化组合脱除剂，是实现碳中和目标的关键路径。
