近日，環境學院贠延濱教授課題組在CO2化學吸收方向取得研究成果，研究論文“Experimental and theoretical investigation of an ionic liquid-based biphasic solvent for post-combustion CO2 capture: Breaking through the “Trade-off” effect of viscosity and loading”發表于工程技術類一區TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（IF=15.1）。贠延濱教授為通訊作者，論文第一作者為環境學院博士研究生毛家明，北京林業大學為第一完成單位。
圖1. 兩相溶劑吸收負荷、富相黏度與體積與文獻值對比
兩相溶劑在吸收一定負荷的CO2后會自動分為富相和貧相，有助于降低CO2捕集再生過程中的能耗，引起了眾多研究者的關注。但是由于其自濃縮效應，溶劑富相通常具有較高的黏度且隨著吸收負荷的提高而增加，這抑制了汽-液傳質速率與活性位點的反應率，成為制約兩相吸收劑發展的瓶頸問題。如何在不影響吸收負荷的前提下，突破富相黏度、負荷與富相體積三者之間的“權衡”效應，仍缺乏相應的研究。
圖2. 氨基甲酸與DGME形成氫鍵前后的電子密度差分析
在本工作中，設計并合成了一種具有多活性位點的離子液體二乙烯三胺-3-羥基吡啶鹽（[DETA][3HPyr]），與有機溶劑二乙二醇丁醚（DEME）復配制備了兩相溶劑。在最佳吸收條件下，其負荷可達2.67 mol·kg?1，富相黏度僅有28.1 mPa·s，富相體積僅有吸收劑總體積的36.3%。這優于多數已報道的研究，成功突破了“權衡”效應。13C NMR分析發現，吸收產物中含有氨基甲酸，這有助于吸收負荷的提高；同時氨基甲酸基團為電中性，可以降低離子間相互作用，有助于降低黏度。DFT計算發現，兩性離子的質子轉移反應是吸收過程的限速步驟，氨基甲酸酯可以自發地作為質子受體以促進氨基甲酸的形成；同時由于DGME的烷-氧交替結構，陽離子與DGME可以形成氫鍵二聚體，其間的氫鍵作用是氨基甲酸在堿性吸收劑環境中保持穩定的原因。進一步計算發現，離子液體兩相吸收劑的相變機理是高極性多價陽離子的生成以及離子間電荷分布不均所導致的水-離子聚集，這與有機胺兩相吸收劑不同。該相變溶劑的反應焓僅有?37.27 kJ·mol?1，再生能耗低至1.387 GJ·t?1。本研究完善了CO2的吸收機理，為相變吸收溶劑的設計與制備提供了新的研究視角。
圖3. 離子液體兩相吸收劑相變機理計算
本研究得到了國家重點研發計劃(No. 2018YFB0604302-03)、北京新林環境科技有限公司(No. 2019-HXFW-HJ-0008)以及華北電力大學高層次人才引進與培養項目（XM2412302）的資助。
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