研究提出高效固体胺二氧化碳捕获吸附剂设计新策略

近日，太原理工大学张国杰教授团队开发出一种新型高稳定性混合胺固体吸附剂，可提高固体胺吸附剂的二氧化碳吸附性能，该研究成果发表在Chemical Engineering Journal期刊上。

由于在未来几十年，工业和制造业从传统能源向更清洁的替代能源的过渡仍然具有挑战性，因此从化石燃料发电厂捕获二氧化碳对于实现碳中和至关重要。在各种碳捕获技术中，燃烧后二氧化碳或因其方法成熟而脱颖而出。尽管液态胺吸收工艺已广泛用于二氧化碳捕获工业，但这种方法仍然存在高能耗和设备腐蚀等不可避免的问题。而固体胺吸附剂的开发避免了液态胺吸收工艺的缺陷，这种方法在二氧化碳分离技术中起着关键作用。其中，载体材料的选择和所采用的有机胺是影响固体吸附剂吸附性能最主要的因素。如何选择合适的有机胺，使其能充分发挥各自优势避免缺陷是值得考虑的重点问题。

团队选择聚乙烯亚胺为单一的固体胺吸附剂，在此基础上混入不同比例的羟乙基乙二胺，从而制备出一系列新型二元固体胺吸附剂。通过比较纯胺体系和二元固体胺体系的二氧化碳吸附性能差异发现，羟乙基乙二胺的加入有利于增强聚乙烯亚胺的分散性，从而提高聚乙烯亚胺的有效活性位点。在此基础上通过密度泛函理论计算的手段从分子角度揭示了二元固体胺体系吸附性能强的根本原因是与聚乙烯亚胺相比，羟乙基乙二胺具有更强的质子接受能力。因此其加入后可以降低总反应的活化能，进而利于吸附反应发生。然而，由于羟乙基乙二胺有限的再生能力，二元固体胺体系表现出较低的循环稳定性。团队通过继续引入另一种有机胺（五甲基二亚乙基三胺），有效解决了二元固体胺吸附剂的循环稳定性能。研究开发的新型三元胺固体吸附剂不仅提高了固体胺吸附剂的二氧化碳吸附性能，而且为二氧化碳吸附的基础理论研究提供了一种全新的策略。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155142

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