基于胆碱氯化物/琥珀酰亚胺低共熔溶剂的新型高效低能耗CO2吸收剂开发

为解决传统CO2吸收剂高腐蚀性、高再生能耗的行业痛点，研究人员创新性地采用胆碱氯化物(ChCl)/琥珀酰亚胺(SU)低共熔溶剂(DESs)体系，在313.15-333.15 K温度范围和100-1200 kPa压力条件下系统研究了CO2溶解度特性。该吸收剂展现出2.493 GJ/t CO2的超低再生能耗，通过红外光谱和分子模拟揭示了其基于氢键和静电作用的物理吸收机制，为天然气脱碳提供了绿色解决方案。

　　

全球变暖背景下，CO₂捕集技术已成为应对气候危机的关键突破口。传统胺类吸收剂虽效果显著，却面临设备腐蚀严重、再生能耗高达3-4 GJ/t CO₂的瓶颈。而新兴的离子液体(ILs)又受限于高成本和生物毒性。这一两难局面促使科学家将目光投向兼具绿色属性和可设计性的低共熔溶剂(DESs)。湖北工业大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究中，创新性地构建了胆碱氯化物(ChCl)/琥珀酰亚胺(SU)体系，通过实验测量与分子模拟相结合的手段，开发出兼具高吸收容量和低再生能耗的新型CO₂捕集材料。

研究采用磁悬浮平衡装置测定CO₂溶解度，运用Peng-Robinson状态方程关联实验数据，结合傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和¹³C核磁共振谱(NMR)解析相互作用机制，并通过分子动力学模拟揭示吸收过程的微观机理。

材料与方法
研究选用纯度99.999%的CO₂气体，将ChCl与SU按特定摩尔比在160℃下熔融制备DESs。采用磁悬浮天平测定313.15-333.15 K温度区间、压力至1.2 MPa条件下的气液平衡数据，通过Lee-Kesler混合规则预测DESs临界性质。

物理性质分析
Modified Lydersen-Joback-Reid方法估算显示，30wt% ChCl/SU DESs的临界温度达584.2 K，临界压力为3.15 MPa，其CO₂溶解度在333.15 K/1200 kPa条件下达0.82 mol/kg，优于常规离子液体[Bmim][BF₄]。

吸收机理
FT-IR谱图中CO₂特征峰红移12 cm^-1，¹³C NMR化学位移变化0.8 ppm，证实CO₂与DESs间存在C=O···H-N氢键和C=O···Cl^-静电作用，吸收过程未产生化学结构变化。

再生性能
热重分析显示该DESs在80℃即可完全脱附，再生能耗仅2.493 GJ/t CO₂，较传统胺法降低38%，循环稳定性测试表明10次吸脱附后性能衰减<5%。

该研究不仅证实了氨基酸衍生物作为HBD构建DESs的可行性，更通过分子水平机理阐释为理性设计CO₂吸收材料提供了新思路。其低于行业平均30%的再生能耗指标，使大规模天然气脱碳应用的商业化前景变得可期。