CALF-20粉末及其挤出物的低温二氧化碳吸附性能与扩散动力学研究（采用零长度柱技术）

《Industrial & Engineering Chemistry Research》：Low-Temperature CO2 Adsorption Performance and Diffusion Kinetics of CALF-20 Powder and Its Extrudate via the Zero-Length Column Technique

CALF-20在CO2捕获中表现优异，但扩散机制不明确。通过合成与表征发现大孔扩散是主要阻力，临界半径0.48mm，载体气体从He到N2时扩散控制由Knudsen/分子扩散转为分子扩散主导，为工业化应用提供关键动力学依据。

　　

Calgary Framework-20（CALF-20）凭借其在潮湿烟气中的选择性物理吸附能力和稳定性，展现出卓越的二氧化碳（CO₂）捕获潜力。然而，其二氧化碳的扩散机制仍不甚明了，这阻碍了其在工业中的广泛应用。我们通过溶剂热法和相转化法制备了CALF-20粉末及挤出物，并利用零长度柱（ZLC）技术对其二氧化碳的吸附-扩散行为进行了表征。在0.1巴和311开尔文（K）的条件下，CALF-20的二氧化碳吸附量为2.0毫摩尔每克（mmol g^–1），其扩散时间常数的倒数D/R²为4.36 × 10^–2秒^–1。粒径实验表明，宏观孔隙扩散是主要的传质阻力，并确定了一个关键过渡半径0.48毫米，该半径控制着挤出物中的二氧化碳扩散机制。理论模型进一步阐明了当载气从氦气（He）切换为氮气（N₂）时，宏观孔隙扩散方式从Knudsen/分子扩散联合控制转变为纯分子扩散控制。本研究为CALF-20的工业应用提供了重要的动力学见解。