孔结构与胺功能化协同调控：面向直接空气捕集的TEPA吸附剂性能优化与经济性分析

本文系统研究载体孔径与孔型对四乙烯五胺（TEPA）功能化吸附剂直接空气捕集（DAC）性能的影响，通过对比活性炭（AC）、MCM-41和SBA-15三种载体，发现有序大孔SBA-15在快速捕集模式下年捕集量达完全捕集模式的2.11倍，而60-TEPA/MCM-41以472$/tCO2的成本实现捕集性能与经济性的最佳平衡，为DAC技术工业化提供关键设计策略。

　　

Highlight

原材料

本实验采用阿拉丁化学试剂有限公司提供的活性成分TEPA（工业级）和无水乙醇溶剂。综合考虑载体材料的孔隙性和实用性，选择具有丰富多孔结构的载体材料进行TEPA功能化。有序介孔二氧化硅材料MCM-41和SBA-15购自青岛元催化剂有限公司，活性炭（AC）购自朝阳兴源环境技术有限公司。

吸附剂技术经济参数

采用BET法和BJH法进行N₂物理吸附实验，分别计算吸附剂的比表面积和孔径分布。如表1所示，SBA-15的平均孔径为7.81 nm，MCM-41为2.76 nm，而AC的平均孔径显著较小，为1.36 nm。值得注意的是，SBA-15和MCM-41均为有序六方介孔二氧化硅材料，而AC为无序多孔碳材料。

结论

固体胺基吸附剂在DAC技术中展现出巨大潜力。通过系统实验和表征，阐明了不同孔径和结构的载体材料（SBA-15、MCM-41、AC）对TEPA功能化固体胺吸附剂CO₂捕集性能的关键影响。对具有相似孔结构但不同孔径的SBA-15和MCM-41进行了比较。SBA-15具有更大的初始孔径，并在TEPA负载后保持了更优的孔道连通性，有利于CO₂分子的扩散和胺活性位点的充分利用，因此在快速捕集阶段表现出更高的吸附动力学效率。相比之下，AC虽然成本低廉，但其复杂的无序孔道限制了TEPA的均匀分布和CO₂的传质效率。研究结果表明，基于快速捕集模式，60-TEPA/MCM-41吸附剂在捕集性能与经济成本之间达到了最佳平衡，为DAC技术的工业化应用提供了有价值的材料设计见解。