低成本多孔有机聚合物（POPs）在碳捕集与转化应用中的性能优化研究

为解决工业级碳捕集技术成本高的问题，研究人员以氰尿酰氯为连接剂，设计合成了三种低成本多孔有机聚合物（CBPOP/CNPOP/CAPOP）。该材料在298K下表现出优异的CO2吸附能力（最高达4.72 mmol/g）和CO2/N2选择性（38.2），同时可高效催化CO2与环氧化物的环加成反应，为规模化碳捕集与利用（CCUS）提供了经济可行的解决方案。

　　

全球变暖正以超乎预期的速度改变地球生态，大气CO₂浓度已突破420ppm的历史高位。尽管碳捕集与封存（CCUS）技术被视为应对气候危机的关键手段，但现有材料的合成成本居高不下——部分多孔有机聚合物（POPs）每克价格甚至超过百美元，这成为制约工业应用的瓶颈。如何在不牺牲性能的前提下降低材料成本，成为当前研究的焦点。

韩国国立研究基金会（NRF）支持的研究团队在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》发表突破性成果。研究人员采用"低成本构筑模块"策略，选取苯、萘、蒽三种廉价芳烃作为核心骨架，通过弗里德尔-克拉夫茨（Friedel-Crafts）反应与氰尿酰氯交联，在温和条件下（80°C/24小时）成功制备出CBPOP、CNPOP和CAPOP三种聚合物。关键技术包括：X射线衍射（XRD）分析晶体结构、N₂吸附-脱附测试比表面积、热重分析（TGA）评估稳定性，以及固定床吸附装置测定CO₂/N₂分离性能。

【材料与化学试剂】部分显示，所有原料均为工业级试剂，苯系物成本较传统POPs单体降低90%以上。【表征】部分通过FT-IR证实了氰尿酰氯中C-Cl键（844 cm^-1）的完全转化，XRD显示材料具有非晶态特征但存在微孔结构。

【气体吸附性能】是研究的核心发现：CBPOP在1 bar/298K条件下CO₂吸附量达4.72 mmol/g，远超同类商业材料。单点Langmuir模型拟合表明其吸附位点均匀分布。更值得注意的是CO₂/N₂选择性：苯基CBPOP在323K仍保持38.2的选择比，这种温度耐受性使其特别适合含氮烟气（如燃煤电厂尾气）处理。

【催化转化】实验则拓展了材料应用场景：以环氧氯丙烷为底物时，CAPOP在100°C/12小时条件下实现92%的碳酸酯转化率，且催化剂可重复使用5次未见活性下降。这种"捕集-转化"双功能特性，使材料在CO₂资源化利用领域展现出独特优势。

讨论部分强调，该研究通过分子设计实现了"低成本≠低性能"的突破：芳烃扩展的π共轭体系增强电子云密度，三嗪环（triazine）的强极性提供CO₂结合位点，而交联结构则保障了热稳定性（TGA显示分解温度>400°C）。与金属有机框架（MOFs）相比，这些全有机POPs在潮湿环境中更具稳定性。研究人员特别指出，CBPOP的性价比指标（单位吸附量成本）较文献报道值降低76%，这为万吨级碳捕集装置的材料选择提供了新可能。

这项由Hyunwoo Byun、Joonseok Koh等学者完成的研究，不仅验证了廉价芳烃构建高性能POPs的可行性，更开创了"设计-合成-应用"全链条优化的范例。正如文中所言："当我们将目光从昂贵的特种单体转向石油化工基础原料时，碳中和技术的经济可行性将迎来质的飞跃。"