基于PFP理论与图论方法的2-氨基-1-丁醇与异构丁醇混合体系体积特性及分子相互作用研究

本研究针对CO2 捕获技术中胺-醇混合吸收剂的优化需求，通过测量2-氨基-1-丁醇（2AB）与异构丁醇体系的密度（ρ）和折光率（nD ），计算超额摩尔体积（Vm E ）和折光率偏差（ΔnD ），结合Prigogine-Flory-Patterson（PFP）理论和图论方法（GTA）解析分子相互作用机制，发现氢键形成对体积收缩的显著影响，为新型吸收剂设计提供理论依据。

　　

随着全球工业化进程加速，化石燃料燃烧导致的大气CO₂
浓度攀升已成为气候危机的核心诱因。当前主流的胺类CO₂
吸收剂如单乙醇胺（MEA）存在能耗高、腐蚀性强等缺陷，而醇-胺混合体系因其低挥发性、高能效等优势成为研究热点。2-氨基-1-丁醇（2AB）因其单一氨基活性位点展现出优异的质量传递性能，但其与异构丁醇混合体系的热物理性质尚未系统研究。为此，韩国化学研究院（KRICT）的Sweety Verma团队在《The Journal of Chemical Thermodynamics》发表论文，通过实验与理论结合揭示了该体系的分子相互作用规律。

研究采用密度计和折光仪测定298.15–318.15 K温度范围内2AB与四种异构丁醇（正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇）混合物的ρ和n_D
，计算V_m
^E
和Δn_D
；利用PFP理论分析体积变化的热力学贡献，结合图论方法（GTA）预测分子缔合形态；通过FT-IR光谱验证氢键相互作用。

实验结果

1. 超额体积与折光率特性：V_m
   ^E
   均为负值，表明混合过程存在体积收缩，其强度排序为叔丁醇>仲丁醇>异丁醇>正丁醇，而Δn_D
   呈现相反趋势。温度升高导致V_m
   ^E
   绝对值减小，Δn_D
   增大。
2. 分子相互作用解析：PFP理论表明体积收缩主要源于化学相互作用（氢键）和几何匹配效应，其中叔丁醇因空间位阻最小，与2AB的氢键作用最强。GTA预测混合体系中存在环状二聚体及线性多聚体结构。
3. 光谱证据：FT-IR显示羟基伸缩振动峰红移，证实2AB的-NH₂
   与丁醇的-OH形成强氢键网络。

结论与意义
该研究首次阐明2AB-异构丁醇体系的V_m
^E
与Δn_D
的温度依赖性规律，证实氢键主导的分子组装是体积收缩的关键因素。通过PFP与GTA的多尺度分析，为预测胺-醇体系热力学行为提供新方法。研究成果不仅扩充了CO₂
吸收剂数据库，更指导了低能耗、高稳定性混合吸收剂的分子设计，推动碳捕集技术向工业化应用迈进。