普渡大学与桑迪亚国家实验室的科研人员近期在碳捕获技术领域取得重要进展，研究发现常见的粘土材料在直接空气碳捕获方面展现出显著潜力。这项由普渡大学农学教授克里夫·约翰斯顿领导的研究，探索了粘土矿物在环境条件下吸附二氧化碳的独特性能，为应对气候变化提供了新的可能解决方案。

研究团队包括本科生莱利·威尔士及桑迪亚国家实验室的科学家，他们发现粘土矿物因其特殊的微观结构能够高效吸附二氧化碳。约翰斯顿教授解释道："粘土的内部孔隙结构提供了巨大的比表面积，一汤匙粘土的内部空间相当于一个标准橄榄球场的面积。通过调控粘土的化学性质，我们可以优化其对二氧化碳的选择性吸附。"这项研究特别关注蒙脱石粘土，这是地球上储量最丰富的天然纳米材料之一，具有成本低廉、易于获取和化学稳定性好等优势。

研究团队在长期探索蒙脱石环境应用的基础上，将其研究领域从水污染治理拓展至碳捕获技术。约翰斯顿团队此前主要研究蒙脱石吸附水中有机污染物的特性，特别是在处理二恶英等有毒化合物方面积累了丰富经验。这些前期工作为理解粘土材料的吸附机制奠定了坚实基础，促使研究人员思考其在碳捕获领域的应用潜力。

与目前主流的碳捕获技术相比，如基于固体胺的吸附系统，粘土材料展现出显著的成本优势和环境友好特性。实验数据表明，特定类型的蒙脱石在常温常压条件下就能有效吸附二氧化碳，且吸附能力随环境湿度的变化呈现可调控性。研究人员通过先进的光谱分析和重量测量技术，证实了粘土材料在混合气体中选择性吸附二氧化碳的能力。

这项研究的重要意义在于首次系统论证了天然粘土矿物在环境二氧化碳浓度下同时吸附二氧化碳和水蒸气的能力。研究团队目前正致力于优化材料的吸附性能和循环使用效率，以期开发出可大规模应用的碳捕获技术。考虑到全球粘土资源的广泛分布和开采便利性，这项技术一旦成熟，将可能显著降低碳捕获设施的建设与运营成本。

该研究成果已发表于《物理化学杂志C》期刊，并入选2024年R&D 100创新大奖，相关技术正在申请专利保护。研究团队表示，下一步将开展中试规模试验，评估该技术在实际环境条件下的表现，同时探索与其他碳捕集封存技术的协同应用可能。

更多信息： Cliff T. Johnston 等人，《粘土矿物夹层中 H2O 和 CO2 的竞争吸附》，《物理化学杂志 C》 (2025)。期刊信息： 物理化学杂志C