锂基盐在非水单乙醇胺电解质溶液中的筛选及其在二氧化碳捕集中的应用研究

这篇研究通过实验筛选了锂基盐（LiCl、LiBr、LiNO3）在单乙醇胺（MEA）-二甲基亚砜（DMSO）非水体系中对CO2捕集性能的影响，揭示了LiCl的添加使CO2负载量（1.3381 mol CO2/mol MEA）超越工业标准（0.5 mol CO2/mol MEA），同时DMSO溶剂因低感热和高压适应性显著提升捕集效率，为集成碳捕集与转化（ICCC）技术提供了优化方向。

　　

研究背景与意义

全球气候变暖促使碳捕集与封存（CCS）技术发展，但传统胺法捕集因高能耗和溶剂降解问题受限。集成碳捕集与转化（ICCC）技术通过省略解吸步骤直接电解还原CO₂，成为节能新方向。锂基盐在非水体系中的催化作用及其对电化学双层（EDL）的调控潜力，为ICCC提供了新思路。

材料与方法

研究选取LiCl、LiBr、LiNO₃与单乙醇胺（MEA）在二甲基亚砜（DMSO）中形成均相电解质，浓度范围2-4 M MEA+0.5 M锂盐。通过密度计和流变仪测定物性，高压反应器测量N₂O/CO₂溶解度，利用N₂O类比法计算亨利常数。

关键发现

1. 物性规律：密度随盐分子量增加（LiBr>LiNO₃>LiCl），而粘度因LiCl与DMSO的强离子-偶极作用最高（4.427 mPa·s）。
2. 吸收性能：CO₂负载量排序为LiCl（1.3381）>LiNO₃（1.2801）>LiBr（1.2211 mol/mol MEA），均显著高于工业基准（0.5 mol/mol MEA）。DMSO的物理吸收能力（H_CO2=753 Pa·m³/mol）远超水（4926 Pa·m³/mol）。
3. 机制解析：锂盐通过促进氨基甲酸盐生成增强化学吸收，而DMSO的低感热（较水减少66.6%能耗）和高压适应性（测试压力达1379 kPa）协同提升效率。

应用潜力与挑战

尽管LiCl体系表现最优，其较高粘度可能增加泵送成本，但仍在工业可接受范围（<10 mPa·s）。未来需结合传质系数和反应动力学数据，进一步优化ICCC工艺设计。

结论

锂盐修饰的非水MEA-DMSO体系突破了传统水基吸收剂的限制，LiCl的引入使CO₂捕集效率提升267%，为低碳技术提供了可扩展的溶剂设计方案。