四丁基溴化铵-羧酸复合溶剂的密度、粘度及CO2溶解特性研究及其在碳捕集中的应用

为解决工业气体吸收过程中高粘度溶剂限制应用的问题，研究人员开展了四丁基溴化铵（TBAB）与己酸（HA）/辛酸（OA）复合溶剂的物化性质及CO2溶解行为研究。结果表明，TBAB3HA和TBAB3OA体系具有低粘度和高CO2溶解度，其密度和粘度分别通过线性方程和Vogel-Fulcher-Tammann方程精准拟合，高压密度数据通过Tait方程描述。该研究为开发高效碳捕集溶剂提供了理论依据和技术支持。

　　

在气候变化和碳中和的全球背景下，CO₂捕集与封存（CCS）技术成为研究热点。然而，传统吸收剂如胺类溶液存在高能耗、易挥发等问题，而新兴的深共熔溶剂（DES）虽具有可调物性，却常因高粘度或亲水性限制实际应用。针对这一瓶颈，日本的研究团队在《Fluid Phase Equilibria》发表论文，系统探究了四丁基溴化铵（TBAB）与己酸（HA）/辛酸（OA）以1:3摩尔比复合的疏水性溶剂体系，揭示了其低粘度、高CO₂溶解能力的特性及分子机制。

研究采用密度测量（278.15–353.15 K）、高压密度测试（至50 MPa）和CO₂溶解度测定（<8 MPa）等关键技术，结合Peng-Robinson状态方程和改良密度关联方程建模，并通过Lyckman方法解析CO₂部分摩尔体积。样本为商业采购的TBAB、HA和OA，经干燥纯化后配制。

Density–temperature and viscosity–temperature correlations
通过线性方程和Vogel-Fulcher-Tammann方程分别拟合常压密度与粘度数据，发现TBAB3HA密度高于TBAB3OA，但两者粘度均显著低于传统DES，归因于羧酸增大的自由体积。

High-pressure density behavior
Tait方程成功描述50 MPa内高压密度变化，证实溶剂压缩性与温度、压力的非线性关系，为工业高压操作提供数据支持。

CO₂ solubility and partial molar volume analysis
CO₂溶解度随压力升高而增加，TBAB3OA表现更优。改良密度关联方程精准预测气液平衡，Lyckman分析表明CO₂在溶剂中的溶胀效应与溶剂内聚能密度相关。

结论与意义
该研究证实TBAB3HA和TBAB3OA兼具低粘度（<50 mPa·s）和高CO₂负载量（摩尔分数>0.6）的优势，其物性可调性源于羧酸对TBAB氢键网络的破坏。通过建立压力-体积-温度-组成（pvTx）模型，为溶剂设计与工艺优化提供理论工具。该成果不仅推动了疏水性DES在碳捕集领域的应用，也为开发适应潮湿环境的气体吸收剂指明方向，对实现工业减排目标具有重要实践价值。