多组分溶剂体系中二氧化碳溶解行为研究：聚乙二醇-水-胆碱氯化物/乙二醇混合体系的分子机制与绿色捕获应用

为解决传统CO2 捕获溶剂吸收效率低、环境风险高的问题，研究人员通过实验与分子动力学(MD)模拟，系统研究了PEG 400-乙氨酸(DES)-水三元体系中CO2 的溶解特性。结果表明，PEG 400摩尔分数增加可显著提升CO2 溶解度，且MD模拟揭示了PEG 400-水氢键网络对气体微球溶剂化的关键作用，为绿色溶剂设计提供了理论依据。

　　

随着全球碳排放量突破每年350亿吨，开发高效环保的二氧化碳(CO₂
)捕获技术成为应对气候变化的迫切需求。传统胺类溶剂存在再生能耗高、挥发性污染等问题，而新兴的深共熔溶剂(DES)和聚乙二醇(PEG)虽展现潜力，但其多组分体系中的溶解机制尚不明确。Kharazmi大学的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表的研究，首次揭示了PEG 400-乙氨酸(胆碱氯化物/乙二醇=1:2)-水三元体系的CO₂
溶解规律，通过实验与分子动力学(MD)模拟的协同验证，为绿色溶剂设计提供了分子层面的理论支撑。

研究采用高压平衡釜测定0.1-0.5 MPa压力下的CO₂
溶解度，结合MD模拟分析溶剂-溶质相互作用。关键发现包括：1) PEG 400摩尔分数与CO₂
溶解度呈正相关，80% PEG混合物的吸收量比纯乙氨酸高25%；2) 优先溶剂化模型证实CO₂
分子更倾向被PEG 400包围；3) 氢键分析显示水分子通过氢键网络"隔离"自身对CO₂
的抑制作用。

分子动态模拟
MD模拟构建了Eth80、Eth50、PEG50、PEG80四种配比体系，发现PEG400-水间的氢键强度是乙氨酸-水的1.3倍，解释了PEG对水分子"抗溶剂"效应的中和机制。径向分布函数显示CO₂
在PEG-rich体系中呈现更紧密的溶剂化层结构。

结论与意义
该研究证实了PEG-DES-水三元体系的协同效应：PEG 400不仅直接促进CO₂
溶解，还能通过形成氢键网络重构水的微观环境。这一发现突破了传统认为水必然降低捕获效率的认知，为开发可调控湿度耐受性的新型绿色溶剂提供了设计思路，对实现低能耗碳捕获技术具有重要指导价值。