基于溶剂-溶质界面张力的新型气液溶解模型及其在温室气体捕集与碳中和中的应用

本综述提出了一种创新的气液溶解理论模型，通过引入溶剂-溶质界面张力（IFT）和凝聚能变化来预测气体在液体中的溶解度（涉及CO2、CH4等温室气体）。该模型在12种气体、36种溶剂和422个数据点的测试中表现出色（RMSE=0.44），显著优于传统方法（如Prausnitz-Shair、Peng-Robinson EoS和COSMO-RS），为温室气体捕集（CCUS）和碳中和过程提供了更精确的热力学工具。

　　

Theory

气体在液体中的溶解过程可视为两个步骤：首先气体在系统压力下被等温绝热冷凝为假想液体，随后假想液体溶质分子克服溶剂-溶质界面张力（IFT）穿越液-液界面并在溶液中形成空腔。根据热力学第一定律，第一步过程所需的功等于气体凝聚能的负值（-E_ii^(G)），而第二步的功则与溶剂-溶质界面张力（γ₁₂）和溶质分子横截面积（A₂）的乘积相关。通过结合这两步能量变化，可推导出溶质从气相转移到液相的吉布斯自由能变（ΔG_tr），进而通过平衡关系式得到溶解度参数（x₂）。

Results and discussion

溶剂的COSMO性质（A_cosmo、V_cosmo、Sigma-profile）参考文献[20]，部分溶质的电荷密度分布（sigma-profile）如图1所示。气体溶质分子的片段数通过方程（9）计算，气相溶质的摩尔凝聚能由Peng-Robinson状态方程（EoS）计算：E_ii^(G) = -H_res + (z - 1)RT，其中z为压缩因子，H_res为摩尔剩余焓。摩尔凝聚能...

Conclusions

本文提出了一种新的气液溶解理论模型，通过凝聚能变化和溶剂-溶质界面张力（IFT）来评估气体溶解度。该模型在273.15~348.29 K温度和1~88.498 atm压力范围内经过验证，其总体均方根误差（RMSE）...