環境學院贠延濱教授課題組在CO2化學吸收方向取得最新研究成果，研究論文“Biphasic solvents based on dual-functionalized ionic liquid for enhanced post-combustion CO2 capture and corrosion inhibition during the absorption process”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。
化學吸收法是目前應用最廣泛、技術最成熟的CO2捕集分離技術，其中最常用的吸收液是5M單乙醇胺水溶液。但是其缺陷也非常明顯，包括較高的再生能耗以及對金屬設備的腐蝕。本研究所開發的離子液體具有零揮發、化學穩定性強、可設計等優點，相變溶劑則能夠有效降低再生能耗，是一種極具發展前景的第三代化學吸收溶劑。
本研究設計了一種質子型的雙功能化離子液體——二甲氨基丙胺三氮唑鹽（[DMAPA][TZ]），并在該離子液體的基礎上與聚乙二醇二甲醚（NHD）復配制備了“智能”相變溶劑。在吸收過程中，溶劑自動分為富相和貧相，有助于減少再生所需的升溫顯熱。研究進一步探究了物理溶劑（NHD或碳酸丙烯酯PC）對離子液體吸收性能的影響，并探究了該相變溶劑的抗腐蝕特性及其機理。分子動力學研究發現，陽離子[DMAPA]+與PC之間存在著更強的相互作用和更多的氫鍵，這可能使離子液體的溶劑化程度升高從而降低吸收負荷。量子化學計算表明，與傳統相變溶劑不同，強極性離子[DMAPA]2+和CO32-離子的生成主導了相變過程。據溶劑在不同溫度下的吸收負荷所計算，相變溶劑的反應焓僅有29.11 kJ·mol?1，再生能耗低至1.387 GJ·t?1（圖1-圖2）。此外，[TZ]?離子在金屬表面的吸附，可以抑制Fe離子的自由擴散從而促進鈍化層的生成（圖2）。同時，NHD的水解抑制作用也有利于降低體系中電子受體的濃度，從而抑制陽極腐蝕。腐蝕及電化學實驗表明，IL-NHD對20#碳鋼的腐蝕速率僅有5M MEA水溶液的1/865。該研究為CO2相變吸收溶劑的設計與制備提供了新的策略與視角。
本研究得到了國家重點研發計劃(No. 2018YFB0604302-03)和北京新林環境科技有限公司(No. 2019-HXFW-HJ-0008)資助。
圖1. 離子液體反應焓與文獻研究值對比
圖2. 離子液體相變溶劑的再生能耗
圖3. 相變溶劑的耐腐蝕機理
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724001761#s0050
