PEI与TEPA功能化生物炭的CO2吸附性能对比研究：多因素调控、胺结构优化与孔隙协同机制

本文通过碳化与KOH活化法制备柚子皮多孔生物炭（KBC），并分别负载聚乙烯亚胺（PEI）和四乙烯五胺（TEPA）构建PKBC与TKBC吸附剂。研究系统揭示了胺分子结构（支链型PEI vs. 线性TEPA）、负载量（0.1-20 wt%）、温度（35-45℃）、流速（40 mL/min）及湿度对CO2捕获性能的影响机制，发现PKBC-0.5因保留介孔通道与胺活性位点协同作用，在35℃下吸附量达2.94 mmol/g，且循环稳定性优异（10次后保持93.2%容量），为燃煤烟气碳捕集提供了低成本高效吸附材料。

　　

Highlight

本研究揭示了胺改性生物炭在燃煤烟气环境中的CO₂吸附性能关键机制：

1. 1.

   胺分子构型决定吸附效率：支链结构的PEI（PKBC-0.5）因保留介孔通道，其CO₂吸附量（2.94 mmol/g）显著高于线性TEPA改性的TKBC-0.5（2.08 mmol/g），后者因微孔堵塞导致性能受限。

2. 2.

   负载量黄金区间：胺负载量0.5 wt%时达到平衡，过量（如20 wt%）会阻塞孔隙，不足则活性位点不足。

3. 3.

   温度与湿度协同效应：PKBC-0.5在45℃表现最佳，而TKBC-0.5峰值在35℃；湿度可激活胺位点形成氨基甲酸盐，使两者吸附量分别提升至3.83和3.81 mmol/g。

Amine-modified P/T-PBCs

突破吸附曲线显示，胺修饰显著延长了生物炭的CO₂穿透时间。PKBC-0.5因支链胺的立体效应，在40 mL/min流速下实现最大吸附量，而TKBC-0.5在高流速下胺层易破裂。

Conclusion

(1) 胺分子结构（支链/线性）通过影响孔隙可及性主导吸附性能；(2) 低负载胺（0.5 wt%）可平衡孔隙保留与活性位点密度；(3) 湿度通过促进CO₂-胺-水三元反应提升高温下的吸附容量。

（注：翻译部分保留了原文的学术严谨性，同时通过"黄金区间""立体效应"等表述增强可读性，专业术语如PEI/TEPA均标注英文缩写，温度单位℃和化学式CO₂等符号规范呈现）