基于电解质NRTL模型的半水性单乙醇胺-N-甲基吡咯烷酮体系CO2吸收热力学建模研究

为解决半水性MEA-NMP溶剂缺乏严格热力学模型的问题，研究人员通过电解质NRTL框架构建了NMP-H2O-MEA-CO2四元体系模型，首次实现CO2溶解度、吸收热等关键参数的精准预测，为降低碳捕集能耗30-50%提供理论支撑。

　　

在全球推进碳中和的背景下，燃煤电厂和工业源的CO₂捕集成为减排关键。传统单乙醇胺(MEA)水溶液虽成熟但能耗过高，而将部分水替换为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)可显著降低再生能耗，但缺乏精确的热力学模型制约了工艺优化。这项发表在《Fluid Phase Equilibria》的研究，通过扩展电解质非随机双液(eNRTL)模型框架，首次建立了涵盖NMP-H₂O-MEA-CO₂四元体系的热力学模型。

研究团队采用序列回归法，先通过二元体系(如NMP-H₂O)参数校准，再逐步扩展至四元系统。实验测量了313-393K温度范围内CO₂溶解度新数据，结合过量焓、吸收热等参数，最终构建出能同时预测热力学和传输性质的集成模型。

【Thermodynamic modeling framework】
通过引入NMP特异性参数，模型保持了对原有H₂O-MEA-CO₂体系预测精度。关键创新在于将PC-SAFT状态方程与eNRTL结合，处理非水溶剂中的分子缔合效应。

【CO₂ solubility measurement】
新测量的CO₂溶解度数据表明，NMP添加会使溶解度降低10-25%，但吸收热增加10-25 kJ/mol，这解释了NMP溶剂再生能耗降低的机理。

【Binary systems】
NMP-H₂O二元体系参数τ_ij来自NIST数据库，对体系压力、过量焓的预测误差<5%，验证了参数可靠性。

该模型首次实现从分子相互作用到工艺参数的跨尺度预测，为半水性溶剂工业应用提供关键工具。研究揭示的"降低溶解度-提高吸收热"悖论机制，为后续溶剂设计指明方向。Yi-Min Chen等学者通过严谨的热力学建模，将实验现象转化为可量化工程参数，推动碳捕集技术向低能耗方向发展。