MXene/单乙醇胺纳米流体：一种提升CO2捕集效率的新型吸收介质

为应对传统胺法CO2捕集技术的高能耗问题，研究人员首次将二维材料MXene与单乙醇胺（MEA）结合，开发出MXene/MEA纳米流体。实验表明，0.1 vol% MXene可使CO2吸收量提升23%（150 psi），其机制源于MXene增大气液接触面积并抑制气泡聚并。该研究为工业碳捕集提供了创新解决方案。

　　

随着全球CO₂浓度升至427 ppm（较工业革命前增长50%），碳捕集与封存技术（CCUS）成为应对气候变化的关键。传统胺法吸收剂如单乙醇胺（MEA）虽广泛应用，但存在能耗高、效率低的瓶颈。如何通过纳米材料改性提升吸收性能，成为当前研究热点。

在此背景下，来自University College Cork等机构的研究团队创新性地将二维过渡金属碳化物（MXene）与MEA结合，首次开发出MXene/MEA纳米流体吸收体系。通过系统研究纳米流体的物化特性与CO₂吸收性能，发现MXene的独特层状结构可显著增强传质效率，相关成果发表于《Environmental Technology & Innovation》。

研究采用高压反应器测定CO₂溶解度（25℃, 50-150 psi），结合高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）等表征手段分析材料特性。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）追踪CO₂化学吸附过程，并测定纳米流体的密度、粘度等参数以阐明增强机制。

HRTEM与元素分析
MXene呈现典型的片层结构（宽度600-800 pm），EDX显示其含Ti（72.33%）、C（14.20%）及表面官能团（-F, -O）。微量Al（0.26%）证实MAX相前驱体的成功蚀刻。

XRD与结构解析
7.1°处的（002）峰证实MXene的剥离成功，Rietveld精修显示良好拟合度（χ2=0.68）。62.0°的（110）峰保留六方对称性，表明面内结晶性完好。

表面化学特性
BET测试显示MXene比表面积达4.98 m²/g。FTIR检测到Ti-C键（500-650 cm^-1）及COOH基团（1593 cm^-1），XPS进一步验证表面含C/F/O/Ti元素。

纳米流体性能
0.1 wt% MXene使CO₂溶解度提升22.5%（150 psi），但浓度过高（0.2 wt%）会因颗粒聚集导致效率下降。密度测试显示纳米流体密度随MXene含量增加，而粘度因氢键破坏效应反而降低。

吸收机制
MXene通过三种途径增强吸收：（1）" grazing效应"（纳米颗粒作为CO₂载体）；（2）打破气液边界层；（3）抑制气泡聚并。高压条件下（150 psi），MXene的界面调控作用尤为显著。

该研究首次证实MXene/MEA纳米流体在碳捕集中的应用潜力，其23%的效能提升为工业减排提供了新思路。尽管纳米流体静态稳定性有待改进（zeta电位仅-16.42 mV），但在流动体系中表现优异。未来可通过优化MXene表面官能团（如增加-NH₂修饰）进一步提升性能。这项工作不仅推动纳米流体在CCUS领域的应用，也为实现SDG 13（气候行动）目标提供了技术支撑。