工业过程中温室气体CO2的过量排放加剧了全球变暖的趋势，进而严重威胁生态环境和人类可持续发展。因此，工业烟气中CO2的捕集、利用和封存具有重要的环境与社会意义，是实现我国“双碳”战略目标的重要途径。利用自然界中的矿物矿化固定CO2可以实现其永久封存，但该过程需要施加极高的温度和压力，导致处理成本高，难以大规模推广应用。而运用工业固废中钙/镁活性组分矿化固定烟气中CO2，可以达到“以废治废”的目标，为CO2减排提供新的技术途径。目前该技术尚处于发展的早期阶段，在实际应用中仍存在固碳效率低、反应动力学缓慢和能耗高的瓶颈。
图1 “纳米液膜反应器”应用于工业固废捕集、利用与封存CO2概念图
针对上述难题，中国科学院大学环境材料与污染控制技术研究中心的张静教授团队创新性地提出“纳米液膜反应器”驱动“气-液-固”界面反应的新策略，开发了一种基于界面“纳米液膜”的常温常压快速固碳新技术。通过在钙基矿物表面原位负载上纳米厚度的水膜，显著加速CO2与矿物间的碳酸化反应动力学速率，较传统固碳技术的速率提升十倍以上。研究进一步通过构建原位光谱监测系统，发现了纳米液膜加速固碳的临界效应，揭示了液膜中界面水的定向结构促进固碳反应的“类酶催化”机理，对解决固碳过程中固有的动力学缓慢难题提供了理论依据。
所研发的绿色固碳技术能够在常温常压条件下实现多种工业固废(电石渣、钢渣、石膏渣等)高效固定工业烟气和空气中的二氧化碳，处理成本低且绿色环保；并且能够同步对工业固废进行改性和再生利用，为工业过程的碳减排与及固废资源化提供了“以废治废”的新途径，对生态环境保护和经济可持续发展具有重要意义。
相关工作以“Confinement-induced acceleration of CO2 mineralization through interfacial water thinning”为题发表于Nature Communications。中国科学院大学环境材料与污染控制研究中心在读博士生苏敏为该工作的第一作者，国科大特别研究助理王春雳、教授张静，中南大学教授林璋为共同通讯作者，上述工作得到国家自然科学基金委、中国科学院及中国科学院大学等项目的资助。
图2 “纳米液膜”技术加速工业固废常温常压下矿化固定CO2机理研究及应用评估
