乙二醇灌注交联树脂微球：一种新型液固杂化干燥剂的开发与应用

研究人员针对传统LiCl-聚丙烯酸酯干燥剂需载体支撑且在低湿度环境效果受限的问题，开发了以商业二乙烯基苯交联微球为基质、复合聚乙二醇(PEG)寡聚物和LiCl盐的液固杂化干燥剂。该材料通过将液体组分嵌入介孔结构，显著提升气液接触效率，实现了0.65 g/g的吸湿容量和45°C露点降，且再生温度仅需110-120°C。这项发表于《Heliyon》的研究为降低工业气体脱水能耗提供了创新解决方案。

　　

在能源转型与碳中和背景下，工业气体脱水技术面临严峻挑战。传统三甘醇(TEG)脱水工艺需180-205°C高温再生，导致溶剂挥发损失；而LiCl-聚丙烯酸酯等固体干燥剂虽吸湿能力强，却存在机械强度差、低湿度环境失效等问题。更棘手的是，高沸点液体干燥剂如PEG300虽可降低挥发性，但其黏度激增会阻碍气液接触效率。如何平衡干燥剂的吸湿性能、再生能耗与操作便利性，成为横亘在工业界面前的技术壁垒。

来自未知机构的研究团队独辟蹊径，将目光投向商业化的交联二乙烯基苯树脂微球(PAD600)。这种孔径约9 nm的介孔材料，犹如微型海绵般为高黏度液体提供了理想载体。研究人员通过将PEG200/PEG300与LiCl盐按1:1质量比浸渍入微球，创造出兼具液体吸湿特性和固体流动性的杂化材料。发表于《Heliyon》的这项研究证明，这种"固液共生"策略不仅突破了传统干燥剂的技术瓶颈，更将再生温度大幅降至110-120°C，为工业脱水工艺带来革命性突破。

研究团队采用四大关键技术展开攻关：通过热重分析(TGA)监测材料在120°C下的挥发特性；采用100 mL填充柱进行突破性实验，对比氧化铝等传统材料的露点降性能；利用矢量网络分析仪测量2-20 GHz频段的介电特性，评估微波再生可行性；建立10 mL微型反应系统，探究不同气流速率(20-1000 sccm)下的动力学特征。所有实验均采用水饱和空气作为湿度源，并通过高精度露点传感器(-110至-20°C量程)和湿度传感器(0-100% RH)实时监测。

【材料特性】
PAD600微球成功负载50-60 wt% PEG300后仍保持自由流动特性，扫描电镜显示液体完全填充介孔结构而非表面附着。这种独特结构使气液接触面积提升3倍，解决了高黏度液体传质受限的核心难题。

【性能对比】
突破性实验显示，PEG300:LiCl复合材料的吸湿容量达0.65 g/g，远超氧化铝(0.22 g/g)。虽然氧化铝在极低湿度(1-2% RH)表现更优，但杂化材料在40% RH前的缓释特性更适用于工业连续操作。

【再生优势】
TGA曲线揭示关键发现：LiCl使PEG300在120°C下的7天挥发量从12%降至3%。微波介电测试显示材料在100 MHz-2.45 GHz频段具有优异吸波性(介电损耗因子ε_r
"达0.8)，证实电磁加热可穿透10 cm厚度实现均匀再生。

【经济性评估】
研究指出MgCl₂
或CaCl₂
可替代昂贵的LiCl，且PAD600微球成本仅为分子筛的1/5。计算表明采用该技术可使天然气脱水能耗降低30%，年节约再生能耗超200万千瓦时。

这项研究开创性地证明了介孔载体与离子液体的协同效应：PAD600的刚性骨架克服了聚丙烯酸酯的机械缺陷，而PEG300:LiCl的离子溶剂化作用显著提升低湿度下的水分子捕获能力。尤为重要的是，材料特有的"自限制"负载机制——在干燥态可承载60%液体，而吸水后膨胀恰好填满孔隙，既避免液体渗出又最大化容量。研究人员预言，这种设计理念可延伸至CO₂
捕集等领域，为化工分离技术提供普适性解决方案。

《Heliyon》刊发的这项成果标志着干燥剂技术迈入新纪元。相比需要复杂溶剂回收系统的DRIZO?工艺，该杂化材料仅需单塔操作即可实现99%脱水效率。编辑部特别指出，研究中揭示的"介孔限域效应"为高黏度功能流体的工业化应用开辟了新路径，其微波再生数据更为化工过程的低碳化转型提供了关键实验依据。随着全球对氢能、生物燃气等清洁能源需求的激增，这项源自基础材料创新的突破，或将重塑整个气体净化产业的技术格局。