环境学院贠延滨教授课题组在CO₂化学吸收方向取得最新研究成果，研究论文“Biphasic solvents based on dual-functionalized ionic liquid for enhanced post-combustion CO₂ capture and corrosion inhibition during the absorption process”发表于工程技术类一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（IF="15.1）。贠延滨教授为通讯作者，论文第一作者为环境学院博士研究生毛家明，北京林业大学为第一完成单位。

化学吸收法是目前应用最广泛、技术最成熟的CO₂捕集分离技术，其中最常用的吸收液是5M单乙醇胺水溶液。但是其缺陷也非常明显，包括较高的再生能耗以及对金属设备的腐蚀。本研究所开发的离子液体具有零挥发、化学稳定性强、可设计等优点，相变溶剂则能够有效降低再生能耗，是一种极具发展前景的第三代化学吸收溶剂。

本研究设计了一种质子型的双功能化离子液体——二甲氨基丙胺三氮唑盐（[DMAPA][TZ]），并在该离子液体的基础上与聚乙二醇二甲醚（NHD）复配制备了“智能”相变溶剂。在吸收过程中，溶剂自动分为富相和贫相，有助于减少再生所需的升温显热。研究进一步探究了物理溶剂（NHD或碳酸丙烯酯PC）对离子液体吸收性能的影响，并探究了该相变溶剂的抗腐蚀特性及其机理。分子动力学研究发现，阳离子[DMAPA]⁺与PC之间存在着更强的相互作用和更多的氢键，这可能使离子液体的溶剂化程度升高从而降低吸收负荷。量子化学计算表明，与传统相变溶剂不同，强极性离子[DMAPA]²⁺和CO₃^2-离子的生成主导了相变过程。据溶剂在不同温度下的吸收负荷所计算，相变溶剂的反应焓仅有29.11 kJ·mol⁻¹，再生能耗低至1.387 GJ·t⁻¹（图1-图2）。此外，[TZ]⁻离子在金属表面的吸附，可以抑制Fe离子的自由扩散从而促进钝化层的生成（图2）。同时，NHD的水解抑制作用也有利于降低体系中电子受体的浓度，从而抑制阳极腐蚀。腐蚀及电化学实验表明，IL-NHD对20#碳钢的腐蚀速率仅有5M MEA水溶液的1/865。该研究为CO₂相变吸收溶剂的设计与制备提供了新的策略与视角。

本研究得到了国家重点研发计划(No. 2018YFB0604302-03)和北京新林环境科技有限公司(No. 2019-HXFW-HJ-0008)资助。

图1. 离子液体反应焓与文献研究值对比

图2. 离子液体相变溶剂的再生能耗

图3. 相变溶剂的耐腐蚀机理

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724001761#s0050