粘土基纳米材料为捕获二氧化碳和应对气候变化提供了解决方案

地球上最常见的纳米材料之一是粘土，它正在推动应对气候变化的突破。在一项新的研究中，普渡大学的研究人员与桑迪亚国家实验室的专家合作，可能发现了一种改变游戏规则的方法，即使用粘土直接从空气中捕获二氧化碳（CO2），以帮助缓解气候变化。

他们的工作为他们赢得了2024年的R&；最近，普渡大学科学学院农业与地球、大气和行星科学学院农学教授Cliff Johnston与本科生Riley Welsh和桑迪亚国家实验室的研究科学家共同领导了这项研究。

这项研究可能会扩大吸收性材料的组合，以解决地球上最具挑战性的问题之一。粘土可能是一种廉价、可获取且丰富的资源，用于从空气中吸收二氧化碳，也是应对气候变化的有力工具。

约翰斯顿、他在普渡大学的研究团队和桑迪亚国家实验室的团队30多年来一直在探究粘土矿物的运作机制。约翰斯顿说：“粘土矿物的表面积非常大。”。“一汤匙粘土的表面积与美式足球场的表面积大致相同。大部分表面积存在于粘土的内部孔隙中。经过几十年的研究，我们发现这些内部孔隙有极性和非极性区域。CO等分子₂ 而水蒸气更喜欢极性区域。通过选择某些类型的粘土并操纵其离子结构，我们可以优化可以吸收CO的材料₂.“

该团队研究了一组称为蒙脱石的粘土，这些粘土具有较大的内表面积，是地球上最常见的天然纳米材料之一。蒙脱石的丰度和大小使其成为大规模环境解决方案的有前景的候选者。

Johnston的团队在探索蒙脱石如何从水中吸收有毒有机污染物方面有着悠久的历史。

“我们之前的工作侧重于从水溶液中吸收粘土矿物上的有毒有机污染物，我们发现某些类型的蒙脱石具有疏水表面，可以吸收大量疏水污染物，如2,3,7,8-四氯二苯并二恶英，其中一种已知的大多数有毒有机化合物，约翰斯顿说。二恶英的主要来源是燃烧和工业制造过程中意外产生的副产品，也是超级基金场地中常见的污染物。该团队奠定了坚实的基础，设想利用广泛可用、价格合理的地球吸附剂，为捕集二氧化碳这一紧迫的全球挑战提供解决方案。近年来，世界各地的研究人员研究了极端条件下的粘土-二氧化碳相互作用，如高温高压，或通过使用沸石、介孔二氧化硅、金属有机框架和金属氧化物基吸附剂等先进材料直接捕获空气。例如，Climeworks在冰岛的Orca工厂使用独特的固体胺基吸附剂从空气中捕获二氧化碳。然而，到目前为止，粘土矿物在很大程度上被忽视为有前景的吸附剂。

研究人员专注于一种名为皂石的特定蒙脱石。他们研究了皂石如何处理二氧化碳和水蒸气的竞争或粘土微小内部孔隙中的空间。与过去提高热量使粘土吸收二氧化碳的研究不同，研究人员使用了湿度。他们发现，皂石在低湿度下对二氧化碳表现出很高的亲和力，这一发现通过先进的光谱和重量分析得到了证实。

这项研究首次报道了粘土矿物在环境二氧化碳浓度下同时吸收二氧化碳和水，为如何利用这些丰富的资源更好地捕获碳提供了宝贵的见解。p