Recent advances in activated carbons for CO 2 capture: Structure–performance relationships and future perspectives

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a systematic overview of recent AC-based sorbents, highlighting pore engineering and doping strategies for improved CO2 capture performance.

🏢実務担当者:Offers insight into material selection and performance trade-offs for developing scalable CO2 capture systems.

大気中CO₂濃度の継続的な上昇は気候変動の主要な要因であり、効率的な回収技術の緊急の必要性を浮き彫りにしている。活性炭（AC）は、安価で構造的に調整可能であり、優れた耐湿性を示すため、最も有望な吸着材の一つである。本総説は、バイオマス由来および廃棄物由来の前駆体、ヘテロ原子ドープ炭素、複合材料を網羅する30件の代表的研究からの知見を統合することにより、CO₂回収用AC系吸着材における最近の進展（2022–2025年）を批判的に検討する。常温付近の条件下では、超ミクロ孔（<0.7 nm）がCO₂吸着を支配し、ブルナウアー・エメット・テラー表面積の大きな変動にもかかわらず、吸着容量は6〜9 mmol g⁻¹の範囲を示す。表面化学はさらに性能を向上させる：ピリジン系およびピロール系窒素種、ならびに酸化硫黄官能基は、CO₂との相互作用を強化し、吸着量とCO₂/N₂選択性の両方を有意に改善し、オリーブストーン由来炭素では最大161の値に達する。熱力学分析は、20〜35 kJ mol⁻¹の最適な等量吸着熱（Qst）窓を示し、吸着親和性と再生可能性の間のバランスの取れたトレードオフを保証する。安定性評価は、物理吸着が支配的なACが複数サイクルにわたって初期容量の90〜99%以上を保持することを一貫して実証し、産業展開の可能性を支持する。それにもかかわらず、大規模生産、持続可能な前駆体の選択、湿潤または不純物を含む条件下での性能、およびエネルギー効率の高い再生プロセスに関連する課題が残っている。今後の研究方向には、グリーンおよび廃棄物由来前駆体の利用、精密な細孔工学、標的を絞ったヘテロ原子ドーピング、ならびにハイブリッドAC/金属有機構造体またはAC/酸化物複合吸着材の開発が含まれる。全体として、AC—特に再生可能資源または廃棄物資源に由来するもの—は、CO₂回収のための堅牢で多用途なプラットフォームを提供する。構造的、化学的、熱力学的な最適化を組み合わせることにより、これらの材料は有望な実験室プロトタイプから、燃焼後回収および直接空気回収用途のためのスケーラブルなソリューションへと移行できる。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The continuous rise in atmospheric CO 2 concentration is a major driver of climate change, underscoring the urgent need for efficient capture technologies. Activated carbons (ACs) are among the most promising adsorbents because they are inexpensive, structurally tunable, and exhibit excellent moisture resistance. This review critically examines recent advancements (2022–2025) in AC-based sorbents for CO 2 capture by integrating findings from 30 representative studies covering biomass- and waste-derived precursors, heteroatom-doped carbons, and composite materials. Under near-ambient conditions, ultramicropores (<0.7 nm) dominate CO 2 adsorption, with uptake capacities ranging from 6 to 9 mmol g −1 despite wide variations in brunauer-emmett-teller surface area. Surface chemistry further enhances performance: pyridinic and pyrrolic nitrogen species, as well as oxidized sulfur functional groups, strengthen interactions with CO 2 and significantly improve both uptake and CO 2 /N 2 selectivity, reaching values up to 161 in olive-stone-derived carbons. Thermodynamic analyses indicate an optimal isosteric heat of adsorption (Qst) window of 20–35 kJ mol −1 , ensuring a balanced trade-off between adsorption affinity and regenerability. Stability assessments consistently demonstrate that physisorption-dominated ACs retain more than 90–99% of their initial capacity across multiple cycles, supporting their potential for industrial deployment. Nevertheless, challenges remain related to large-scale production, sustainable precursor selection, performance in humid or impurity-rich conditions, and energy-efficient regeneration processes. Future research directions include the utilization of green and waste-derived precursors, precise pore engineering, targeted heteroatom doping, and the development of hybrid AC/metal–organic framework or AC/oxide composite sorbents. Overall, ACs—particularly those derived from renewable or waste resources—offer a robust and versatile platform for CO 2 capture. Through combined structural, chemical, and thermodynamic optimization, these materials can transition from promising laboratory prototypes to scalable solutions for post-combustion and direct air capture applications.

• semanticscholar https://doi.org/10.1177/02636174251414478first seen 2026-05-05 23:56:26 · last seen 2026-08-14 05:35:13