调整产物极性以促进2-（乙氨基）乙醇基非水吸收剂的可控相变:综合实验和量子模拟研究

碳捕集、利用与封存（CCUS）技术是减少CO₂排放不可或缺的技术手段。在CO₂捕集方面，采用单乙醇胺（MEA）水溶液作为吸收剂的化学吸收法因其优异的选择性和快速的CO₂吸收速率而成为最常用且成熟的方法。然而，30wt% MEA吸收剂的再生能耗较高（约3.80 GJ·ton^-1 CO₂）。鉴于此，研究人员提出使用新型双相溶剂，即相变吸收剂（PCAs）来捕获CO₂的方法。在吸收CO₂之前，吸收剂是均相的，在负载CO₂后，它会变成两个明显的相（液-液相或液-固相）。由于仅使用富含CO₂的相进行再生，因此通过减少再生溶液的体积可以显著降低能耗。

必赢bwin网址大全周小斌课题组致力于开发非水基PCAs。通过在PCAs中使用低热容和低汽化焓的有机溶剂作为稀释剂而不使用水，可以获得富含CO₂的有机溶剂相。这显著降低了与吸收剂再生相关的显热和汽化热。周小斌课题组提出了一种创新策略，使用AEEA作为产物极性的调节剂，以促进EAE/PMDETA/DMSO（E/P/D）非水溶剂的可控相变。实验结果表明，少量AEEA的添加不仅有效地触发了载CO₂的E/P/D的液-液相分离，而且还提高了CO₂吸收性能。对于最佳成分（15 wt% EAE，3 wt% AEEA，PMDETA/DMSO=50：35），AEEA/EAE/PMDETA/DMSO （A/E/P/D）PCA实现了高达 0.77 mol·mol⁻¹ CO₂ 负载，超过92%的吸收CO₂集中在富含CO₂的相中，其粘度低至13.83 mPa·s。在 303.15–333.15 K的温度范围内，A/E/P/D PCA保持了优异的相分离和良好的 CO₂吸收性能。经过5次吸收-解吸循环，A/E/P/D仍保持约 0.65 mol·mol⁻¹的循环负荷。根据¹³C NMR结果和量子计算验证了A/E/P/D体系的相变机制。再生热估计表明，A/E/P/D 的显热和潜热之和为0.32 GJ·ton^-1 CO₂，比30 wt% MEA低84 %，也低于大多数报道的水性和非水性PAC。

这项研究提供了一个新的策略，即引入调节剂来调控吸收产物的极性以构建PCA，并为节能CO₂捕集提供了一种有前途的A/E/P/D PCA。

该成果发表在Sep. Purif. Technol. 2025, 354, 128800.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128800

A/E/P/D体系相变机制示意图。（发光分子代表最终反应产物）

通过使用叔胺作为质子转移介质来增强胺乙基乙醇胺基非水吸收剂的CO₂捕获：从性能到机制

为了遏制全球变暖，减少过多的人为二氧化碳（CO₂）排放极其紧迫。根据国际能源署的报告，超过80%的二氧化碳排放来自能源部门。碳捕获、利用和储存（CCUS）技术被认为是显著减少使用化石能源产生的二氧化碳排放的最有效的短期解决方案之一。碳捕集是CCUS技术的重要部分，并且使用基于胺的吸收剂水溶液（特别是30 wt% MEA）的燃烧后捕集是可行的。单乙醇胺（MEA）是目前最成熟和最常用的方法，可以在短期内对发电厂进行改造。然而，CO₂吸收剂再生是非常耗能的，这妨碍了其广泛的工业应用。叔胺（TA）可以像“催化剂”一样起作用以改变含水胺体系中的再生反应途径，使得低能量逐步质子转移成为可能以促进质子从质子化胺释放到氨基甲酸酯。由于伯胺在水性和非水性体系中的再生反应途径非常相似，将TA作为“液体催化剂”引入到非水胺系统中将有望有效地增强吸收剂再生

必赢bwin网址大全周小斌课题组提出了一种利用叔胺作为“液体催化剂”来提高AEEA/DMSO非水吸收剂（A/D NAA）捕集CO₂性能的方法。在所测试的TA中，具有相对低粘度和高pKa的DEEA、PMDETA、3DMA P和DMEA分别使A/D NAA的CO₂吸收负荷和循环负荷增加约12.7%和15.5%-22.7%。本文还对TA增强的A/D NAA的循环性进行了评价。以PMDETA增强的A/D（P/A/D）NAA为代表，在第4次循环中，其循环负荷仍高达1.19 mol/mol，表现出良好的循环稳定性。通过NMR表征和量子化学计算分析了TA增强CO2捕集的机理。在CO₂吸收过程中，TA作为AEEA-两性离子的最终质子受体，使更多的AEEA形成氨基甲酸酯物种（AEEACOO-）来储存CO₂，从而增强吸收剂的CO₂吸收。在脱附过程中，TA首先是质子供体，直接向AEEACOO-提供质子;另一方面，它作为质子转移载体，将质子从质子化的AEEA转移到AEEACOO-。因此，TA的存在使AEEACOO−更容易获得质子进行分解，导致CO₂解吸增强。总之，在A/D NAA中引入TA作为质子传递介质，既提高了吸收CO₂的性能，又提高了再生能力。

该研究在A/D NAA中引入TA作为质子传递介质，既提高了吸收CO₂的性能，又提高了再生能力。

该成果发表在J. Environ. Sci. 140 (2024) 146-156.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jes.2023.06.009.

P/A/D NAA中增强的CO2捕获机制的示意图

该系列研究工作得到国家自然科学基金——叔胺调控无水复合胺相变吸收CO2机理及传质-反应动力学研究（编号：22366012）和国家自然科学基金——新型二氧化碳吸收剂的固-液相变调控及反应机制（编号：22006027）以及广西省自然科学基金项目（Nos. 2023GXNSFAA026381和2020 GXNSFBA297071）的支持。

（一审：张荣康；二审：孙云龙；三审：黄亮亮）