Биоуголь из саргассовых водорослей показал высокую способность улавливать CO₂

Массовое скопление саргассовых водорослей у берегов создает экологические и экономические проблемы. Однако собранная морская биомасса может стать сырьем для производства материалов, улавливающих углекислый газ.

Исследователи получили пористый биоуголь из водоросли Sargassum tenerrimum. Материал сочетает высокую адсорбционную способность по отношению к CO₂, быстрое поглощение и устойчивость к повторной регенерации. Для этого исходную биомассу обработали гидроксидом калия (KOH), а затем подвергли пиролизу при 400 °C.

Почему важна обработка до пиролиза

Авторы исследования, опубликованного в журнале Biochar X, сравнили температуры пиролиза от 400 до 700 °C и разные последовательности обработки KOH. Лучший результат показал материал Sar-KOH: его получили путем модификации необработанных водорослей гидроксидом калия перед пиролизом при 400 °C.

При температуре 313 К адсорбционная способность Sar-KOH достигла 120,5 мг CO₂ на грамм. После девяти циклов адсорбции и регенерации материал сохранил 98,9% первоначальной емкости.

Если KOH применяли уже после превращения водорослей в биоуголь, емкость составляла только 40,0 мг/г. Предварительная обработка позволила гидроксиду калия воздействовать на структуру углерода непосредственно в процессе ее формирования и создать более развитую сеть пор.

Микропоры и химический состав поверхности

После активации KOH удельная площадь поверхности биоугля выросла до 569,66 м²/г. Для необработанного материала, полученного при 400 °C, этот показатель составлял 1,14 м²/г.

В структуре Sar-KOH сформировалось множество микропор размером менее 0,7 нанометра. Такие поры способствуют физической адсорбции молекул CO₂. При этом относительно умеренная температура пиролиза помогла сохранить на поверхности гидроксильные группы, способные взаимодействовать с CO₂ посредством водородных связей.

По словам ведущего автора исследования Лины Лю из Нанькайского университета, для эффективности адсорбента важны оба фактора: развитая пористая структура и химический состав поверхности. Увеличения числа пор само по себе недостаточно, если материал теряет функциональные группы, взаимодействующие с углекислым газом.

Быстрое поглощение и перспективы применения

Sar-KOH достигал адсорбционного равновесия примерно за 11 минут. Для необработанного биоугля этот показатель составлял 26–28 минут.

Предложенный метод может одновременно решить две задачи: найти применение морской биомассе, образующейся при массовом скоплении саргассовых водорослей, и получить сырье для производства углеродных адсорбентов.

До практического внедрения технологию предстоит проверить на реальных газовых смесях. Также необходимы масштабирование производства и дальнейшая оптимизация регенерации материала.