大连化物所——二氧化碳吸附剂再生能量的量热技术方法

　　近日，我所热化学研究组（DNL1903组）史全研究员团队和香港科技大学韩伟教授合作，在应用量热技术评估二氧化碳（CO₂）吸附剂再生能量方面取得新进展。合作团队基于精密热容测定量热技术并结合通用热分析手段，发展了一种准确测定并研究MOFs吸附剂再生能量性质的实验方法，通过研究UiO-66-X详细演示了该量热技术方法的原理及实验流程，并通过结果展现了该方法的有效性和普适性。

　　MOFs作为应用前景广阔的CO₂吸附剂，在碳捕获和封存研究领域受到研究者们广泛关注。为了筛选出性能优异且实用的MOFs吸附剂，不仅需要考察其对CO₂的吸附性能，还需要有效评估其在再生过程中的能量消耗。然而，吸附剂能量性质评估多采用理论计算或模拟的方法，对一般研究者学习和使用具有很大的难度，因此亟需开发简单易行的实验分析方法。

　　在热化学研究组多年量热技术研究基础上，本工作中，合作团队结合精密热容量热技术和通用热分析手段，提出了一种高效且准确的能量评估实验方法，来研究MOFs吸附剂在变温再生过程中的能量性质。该方法采用热重分析手段测定吸附剂吸附和逐步脱附行为来确定CO₂最终脱附温度；利用常温下的等温吸附实验获得吸附剂CO₂吸附量和等量吸附热；更关键的是，利用精密热容测定量热技术准确测量吸附剂热容，并得到了其再生所需的显热能量。研究团队利用该方法准确评估了五种同构但不同官能团修饰的锆基MOFs（UiO-66-X，其中X = H、NH₂、(OH)₂、C₄H₄和NO₂）吸附剂再生过程中的能量性质参数，包括再生能耗、CO₂循环脱附量和寄生能耗等。实验结果表明，CO₂吸附剂再生能耗主要来源于吸附剂从吸附温度加热至脱附温度所需的显热能量；同时，这些UiO-66-X的寄生能耗与CO₂循环脱附量存在反比例关系。该技术方法的优点是包含的假设少，且具有高度的分辨率能区分相似MOFs吸附剂能量性质的微小差异，可为研究CO₂吸附剂的能量性质提供一种可行且有效的实验方法。该研究工作展现了经典的量热技术可准确测量与研究CO₂吸附剂等能源材料的能量性质，可为相关能源材料高效转化与清洁利用提供有力的实验技术支持。

　　相关研究成果以“An Experimental Strategy for Evaluating the Energy Performance of Metal–Organic Framework-Based Carbon Dioxide Adsorbents”为题，于近日发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。该工作的共同第一作者是我所DNL1903组博士研究生罗积鹏和1504组张箭副研究员。上述工作得到中国科学院洁净能源创新研究院-榆林学院联合基金、国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。（文/图 罗积鹏）

　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136210