粉煤灰是煤炭燃烧后烟道气体中收集下来的细灰，由于质量轻故又称飞灰。它是煤炭中的无机成分在高温熔炉中熔化溢出，冷却并凝结而成的粉末状或粒状颗粒。粉煤灰的化学组分随煤炭种类、燃烧条件的不同产生很大差异，但其高值成分主要是SiO2和Al2O3，二者含量最低总占比约50.4%，可见粉煤灰化学成分中拥有较高硅铝源。此外，粉煤灰中还含有少量的碱金属氧化物等杂质成粉分。 在全球气候变化日益严重以及能源问题不断加剧的大背景下，减少人类的碳排放已经成为重要的议题之一，二氧化碳捕集技术也逐渐成为减少碳排放的一种关键手段。

       本项目针对工业生产中的大宗固废粉煤灰，利用其中含有的丰富硅资源制取高硅分子筛，并利用其良好的水热稳定性和有序的微孔结构，实现对空气中二氧化碳的捕集，从而提高资源的利用率，解决大量粉煤灰堆放污染环境的同时，丰富碳捕集技术手段，达到“以废治废”的目的。

      该项目的主要内容是以化学反应为手段，从粉煤灰为代表的煤基固废中提纯出的硅、铝组分为原料合成高硅分子筛，并将分子筛用于CO₂捕集。该项目的重难点在于如何绿色高效地对硅、铝组分进行利用，以及如何提高分子筛对于CO₂的吸附能力。由于传统的水热合成法不仅会造成大量的资源浪费，还会对环境造成极大污染，寻找一种绿色环保的合成方法便显得尤为重要。如今，离子溶液合成法和微波加热法极大程度缩短合成过程中的能量和时间且转化率十分惊人，但由于成本较高无法普及。无溶剂合成法及碱熔融-水热法在这方面便拥有了巨大的优势，我们便可以在不需要将反应物溶于溶剂的情况下来实现对分子筛的绿色合成。通过在密闭情况下加热，使水中的硅酸盐等物质在过饱和的状态下经历重组、自聚等一系列过程使其空间结构与形态发生变化，检测不同空间结构与形态的高硅分子筛对CO₂吸附能力的差别，通过不断实践产出我们所期望的产物。

  目前，只有少部分的粉煤灰在建筑行业，土壤改良等方面得到利用，并且还存在利用附加值较低的的问题。粉煤灰的主要成分硅铝酸盐，SiO₂含量约为20%~60%、Al₂O₃含量约为10%~35%，分子筛是结晶态的硅酸盐或者硅铝酸盐，粉煤灰的化学组成与分子筛相近，利用粉煤灰制备分子筛在技术上是可行的。近年来，相关学者利用粉煤灰制备分子筛展开了大量的研究，工艺参数有较大差异，所获得的产品的产率和性能也各有不同。由于粉煤灰中含有较多杂质，并且在粉煤灰中存有在温和条件下难以利用的矿物相，如莫来石，使做合成的分子筛的结晶度和产率较低，且无法定向合成我们所需要的分子筛。同时，合成的分子筛多为微孔结构（内径<2nm），在很大程度上限制了目标污染物在其孔道内的扩散速度，因而降低了分子筛的使用效率。技术实现要素：本发明的目的在于克服目前用粉煤灰合成分子筛所出现的杂质较多，产率和结晶度较低，以及限制扩散速度的问题，提供一种利用粉煤灰制备多级孔ZSM-5分子筛的方法。因此，对粉煤灰的充分合理处置是当前时势所趋。

       关于二氧化碳捕集技术，目前国外已经拥有了较为成熟的碳捕集技术，主要分为化学吸收法、物理吸附法、生物吸附法以及膜分离法等。在国内，化学吸收法是应用最为广泛的一种技术，其通过化学反应将二氧化碳从废气中去除。目前，国内能够实现碳捕集技术的企业主要集中在石化、钢铁、电力等行业，此外还有一些大学和研究机构在碳捕集技术的方面进行一些研究并取得较为明显的成果，但当前国内的碳捕集技术在总体上还存在着很多问题，例如技术成熟度不高、设备成本较高、运行稳定性较差等。随着全球对碳减排的认识不断强，碳捕集技术的发展前景也越来越广阔，碳捕集技术将会被应用推广到更广泛的行业当中。碳捕集技术的成熟度将得到进一步提高，更多环保和循环利用的方法和技术也会被应用于碳捕集技术的研究当中。

  该项目以大宗固废粉煤灰为原料合成高硅分子筛捕集CO₂，能充分利用粉煤灰中的硅资源，丰富绿色、循环的碳捕集技术手段。

  从绿色循环生产角度，可以对粉煤灰这种工业废弃资源进行综合化利用，将粉煤灰制备成一种可以进行工业吸附、废水处理和催化领域内的高附加值产品—分子筛，并利用其良好的吸附分离能力捕集空气中的二氧化碳。
      目前的制备方法大致分为两类：传统方法和新型以及新型方法。传统方法如：两步水热合成法、微波辅助水热合成法、晶种水热合成法等。新型方法如：固相合成法、盐热合成法，渗析水热法等。但这些方法通常有着相应的问题，如：两步水热合成法充分利用粉煤灰的硅源和铝源，大大提高了粉煤灰的利用率，但反应周期较长，具体操作繁琐，增加生产成本，不适合大规模生产。固相合成法反应体系中水量少，优点在于大大降低了废水的排放，但是由于反应物不能充分混合，分子筛转化率较低。
       总体来讲，目前该研究的难点大致在于效率以及利用率难以兼顾，以及对于不同合成方法机理不明确。因此，我们希望可以在现有的研究条件以及方法下，进一步探究合成机理，优化合成方法的回收率、利用率、效率等。

2024.12—2025.1
查阅文献资料，设计并确定粉煤灰制备吸附材料捕集二氧化碳方案和实验流程。
2025.2—2025.8
粉煤灰预处理方法设计及优化（针对粉煤灰的物化性质，发展粉煤灰中杂质去除的预处理方法，通过调节杂质的去除条件，考察反应条件对杂质去除情况，得到具有较高杂质去除率、低Al₂O₃损失率的最佳杂质去除条件。）
粉煤灰源高硅分子筛的制备 ，采用碱熔融-水热合成法，通过改变合成条件（灰碱比、固液比和晶化温度），制备几类具有高结晶度、清晰微观形貌和大比表面积的粉煤灰源高硅分子筛，探究不同条件下高硅分子筛对CO₂的吸附能力

2025.9—2025.11

对实验得到的数据进行整理、归纳、对比、分析，得到各种分子筛吸附CO₂的能力，并撰写研究论文和总结报告。
在实验研究过程中准备答辩PPT，参与各时间段的相关比赛。
2025.12—2026.6
参加结题答辩，并拟参与“SCIP+”绿色化学化工创新大赛、全国环境友好科技竞赛、中国国际“互联网＋”大学生创新创业大赛等相应时间段的竞赛。