基于粘度调控的ChCl/ZnCl2 低共熔溶剂固载化实现高效CO2 分离

针对传统支撑液膜(SLM)中深共熔溶剂(DES)易泄漏的难题，研究人员通过温度响应性粘度调控策略，将ChCl/ZnCl2 DES稳定固载于聚四氟乙烯(PTFE)载体，构建出兼具高CO2 渗透性(104.8 Barrer)和优异选择性(CO2 /N2 =41.3)的SLM体系，其96小时连续运行的稳定性为工业碳捕集提供了新思路。

　　

随着全球气候变化加剧，碳捕集与封存(CCUS)技术成为应对温室效应的关键手段。其中，膜分离技术因其能耗低、可规模化等优势备受关注。支撑液膜(SLM)通过将功能性液体嵌入多孔载体实现气体分离，但传统胺类溶剂存在挥发性强、降解快等问题。虽然离子液体(ILs)和深共熔溶剂(DES)作为替代材料展现出潜力，但溶剂泄漏和稳定性差仍是制约其工业应用的瓶颈。

针对这一挑战，江苏高校的研究团队在《Journal of Membrane Science》发表研究，创新性地利用ChCl/ZnCl₂
DES的温度响应性粘度特性，通过80℃低粘度渗透和25℃高粘度锁定的策略，在聚四氟乙烯(PTFE)载体中实现溶剂稳定固载。该SLM体系不仅通过[ZnCl₃
]^-
与CO₂
的可逆配位机制实现高效传输，更在96小时连续测试中保持性能稳定，为工业碳捕集提供了突破性解决方案。

关键技术方法包括：采用不同氢键供体(HBD)与ChCl合成系列DES；通过FT-IR和粘度测试表征氢键网络；利用变温浸渍法将DES负载于PTFE载体；采用气相渗透装置测试膜性能；结合溶解度参数和扩散系数分析传输机制。

主要研究结果
Membrane characterization
FT-IR分析证实DES中形成了-OH与[ZnCl₃
]^-
的氢键网络，粘度测试显示ChCl/ZnCl₂
在25-80℃间具有显著的温度响应性（80℃时粘度仅25℃的1/15），为溶剂动态固载提供理论基础。

Gas separation performance
最优化的ChCl/ZnCl₂
SLM表现出104.8 Barrer的CO₂
渗透性，CO₂
/N₂
和CO₂
/CH₄
选择性分别达41.3和45.4，远超文献报道的ChCl/尿素体系（CO₂
/CH₄
=30.2）。

Transport mechanism
CO₂
传输主要通过两种途径：(1)与[ZnCl₃
]^-
形成π配位复合物；(2)弱氢键作用促进分子扩散，活化能计算(15.2 kJ/mol)证实了配位主导机制。

Long-term stability
在0.2 MPa压力下连续运行96小时后，膜性能衰减<5%，PTFE孔径分布测试显示DES保有率>98%，突破传统SLM的寿命限制。

结论与意义
该研究开创性地利用DES本征粘度温度响应特性，实现了溶剂在多孔载体中的智能固载，解决了SLM领域长期存在的稳定性难题。通过Zn²⁺
-CO₂
配位化学与氢键网络的协同设计，同时兼顾高渗透性和选择性。研究成果不仅为工业碳捕集提供了可规模化的膜技术方案，其"温度开关"式固载策略更为功能性液体材料的载体化提供了普适性方法。Jianfeng Yao团队的工作标志着DES基SLM从实验室走向工程应用的关键突破，被同行评价为"将物理智能引入膜设计的典范"。