《Carbon Neutrality》：Advancements in amine-based biphasic absorbents for efficient and low-energy CO2 capture: a review
胺基双相吸收剂通过选择性富集CO?并大幅减少需热再生的溶剂体积，为燃烧后CO?捕集提供了一种高能效途径。尽管以往研究侧重于总体过程评估与组分筛选，但对于水相与非水相环境如何调控吸收动力学、解吸效率及相变动力学，仍缺乏系统性认识。本综述对CO?捕集用胺基双相吸收剂进行了全面评价，重点关注基本结构-性能关系与分子水平相分离机理。其中特别关注分子极性变化、偶极矩修饰及分子极性指数（MPI）对反应路径、产物分布以及后续液-液或液-固相转变的调控作用。胺基双相体系被分为水相和非水相配方，并对其固有性能权衡进行了批判性评估，具体包括水相体系中更快的传质速率与非水相溶剂中超低潜热和再生能耗之间的对比。通过阐明这些分子驱动因素与宏观性能之间的关联，本综述为面向工业CO?捕集的下一代低能耗双相吸收剂的合理设计建立了统一框架。
1 Introduction
引言部分指出，全球气候变化使CO?排放控制成为紧迫议题，碳捕集、利用与封存（CCUS）是关键技术路径。化学吸收法是大规模燃烧后CO?捕集最成熟的技术，但传统30 wt%单乙醇胺（MEA）水溶液存在循环容量低、再生能耗高（超过130 $/ton CO?）及设备腐蚀等问题。胺基双相吸收剂通过液-液相分离（LLPS）或液-固相分离（LSPS）选择性富集CO?，仅对富相进行热再生，可将再生能耗降低30%–50%。该综述旨在系统对比水相与非水相体系，深入分析分子层面反应与分相机理，为低能耗吸收剂设计提供统一框架。
2 Classifications and testing methods
本章建立了评价胺基双相吸收剂的统一框架，包括相变类型分类、关键性能参数计算及表征方法。
2.1 Phase transition classifications
双相吸收剂按宏观相变类型分为液-液相变和液-固相变两类，且每类均可细分为吸收后分相与吸收前已分相（热致变型）两种模式。
2.1.1 Liquid-liquid phase change
传统液-液双相吸收剂在吸收CO?前为均相，吸收后分离为CO?富相（下层）和CO?贫相（上层），仅需对富相进行再生。热致变型吸收剂则在吸收前处于分相状态，吸收后转为均相，再生温度较低（约323 K），可显著降低能耗。
2.1.2 Liquid-solid phase change
液-固双相吸收剂在吸收CO?后生成固体沉淀富相。其中，吸收前分相、吸收后形成液-固两相的类型可在较低温度（约323 K）下实现高效解吸，例如某些体系在323 K下解吸效率达86.7%，能耗仅1.10 GJ/ton CO?，表现出优越的节能潜力。
2.2 Key performance parameters and calculations
本章汇总了吸收速率、吸收容量、循环容量、解吸效率和再生能耗的标准化计算公式，为不同吸收剂性能对比提供基础。
2.2.1 Absorption performance characteristics
吸收性能通过吸收速率和吸收容量评价。吸收速率由单位时间吸收CO?体积与溶液质量计算，吸收容量通过时间积分获得。快速筛选实验中可借助酸碱中和法和Chittick装置测定CO?负载量。
2.2.2 Desorption performance characteristics
解吸性能重点考察循环容量与再生能耗。循环容量为富相与贫相负载量之差乘以胺浓度，解吸效率为循环负载与富相负载之比。再生能耗由反应热、显热和汽化热三部分组成，其中显热和汽化热与溶液比热、温度差及水的分压相关。
2.3 Characterization methods
文献中常采用数字粘度计测量富相粘度，使用
13C核磁共振（
13C NMR）鉴别产物形态，并通过气液平衡试验评估再生能耗。
3 Progress in the study of absorption-desorption performance
本章系统评述了吸收-解吸性能的研究进展，包括吸收性能、解吸性能及稳定性。
3.1 Absorption performance
吸收性能研究重点关注富相体积分数、粘度、吸收容量和吸收速率。富相体积分数决定热再生的溶剂体积，而粘度影响传质与泵送性能，二者需平衡。
3.1.1 Volume/mass fraction and viscosity of the rich phase
水相体系中，组分比例可有效调控富相体积与粘度的权衡。例如，DETA/n-butanol/H?O体系在质量比3:4:3时兼具较高吸收容量和可接受粘度。非水相体系通常粘度较高，但某些液-固体系（如MAE/DMSO/PMDETA）粘度较低。CO?浓度升高可促进相分离。总体而言，水相体系更易实现低富相体积与低粘度的平衡，非水相体系则需根据具体溶剂调节。
3.1.2 CO? capacity and absorption rate
多胺类吸收剂（如DETA、TEPA）因具有多个氨基反应位点，吸收容量显著高于单胺（如MEA）。非水相体系中某些胺可与CO?发生1:1结合，摩尔吸收容量更高，但因缺乏水解促进路径且粘度较高，吸收速率通常低于水相体系。水相中碳酸氢盐生成路径可加速传质，因此吸收速率更快。
3.2 Desorption performance
解吸性能主要评价循环容量和再生能耗。循环容量反映溶剂长期工作能力，再生能耗直接决定运行成本。
3.2.1 Cycling capacity
多胺体系（如TEPA/DGME/H?O）循环容量可达2.70 mol/kg，明显优于MEA（1.13–1.66 mol/kg）。但高解吸效率往往需要较高温度（如403.15 K）。部分低共熔体系（如DMCA/ECA）可在323.15 K下实现87.2%的解吸效率，同时保持1.32 mol/L的循环容量。非水相体系（如MPA/AMP/TMPDA/NHD）循环容量最高可达3.06 mol/L，但解吸效率通常为60%–75%，与水相体系中某些高效体系（>95%）存在差距。
3.2.2 Regeneration heat
传统MEA/H?O再生能耗约为3.59–5.32 GJ/ton CO?。双相吸收剂通过减少富相体积、采用非水溶剂或低挥发溶剂，显著降低显热和汽化热。水相体系如TETA/TMPDA可将再生能耗降至1.83 GJ/ton CO?，而DMCA/ECA体系在323 K下仅需1.10 GJ/ton CO?。非水相体系如DETA/DMSO（0.74 GJ/ton CO?）和PZ/AMP/NMF（0.76 GJ/ton CO?）实现了超低能耗。不过，这些数值多在理想实验室条件下获得，实际应用中需考虑长期稳定性和系统集成损失。
3.3 Stability and degradation
长期循环中，胺易发生氧化降解和热降解，生成热稳定盐和有机酸，导致活性胺损失。非水相溶剂可降低腐蚀性，但可能引入新的降解机制。低挥发性溶剂（如聚乙二醇二甲醚、离子液体）有助于减少蒸发损失，对保证长期运行的经济性和环保性至关重要。
4 Analysis of absorption mechanism
吸收性能的差异源于CO?与胺之间的化学反应路径，反应介质（水相/非水相）和胺结构共同决定产物类型。
4.1 Aqueous solutions
水相体系中，CO?吸收涉及氨基甲酸盐、碳酸氢盐和烷基碳酸盐等多条并行路径。水既作为溶剂参与质子转移，也直接参与水解反应。以BDA/EG/H?O体系为例，
13C NMR显示氨基甲酸盐、碳酸氢盐/碳酸盐及烷基碳酸盐的生成。伯/仲胺与CO?形成两性离子，随后去质子化生成氨基甲酸盐；叔胺仅作为质子受体促进碳酸氢盐生成。
4.2 Non-aqueous solutions
非水相体系中，由于缺乏水，反应主要生成氨基甲酸盐和氨基甲酸。以AEEA/DMSO/PMDETA体系为例，
13C NMR证实CO?以氨基甲酸盐和氨基甲酸形式存在于富相中。伯胺AEEA与CO?生成两性离子，叔胺PMDETA作为强Br?nsted碱夺取质子，促进产物稳定。非水环境导致产物极性更强，利于相分离。
5 In-depth understanding of phase change mechanisms
相分离由CO?吸收引起的极性变化驱动，主要通过偶极矩和分子极性指数（MPI）两个框架进行量化。
5.1 Dipole moments
CO?反应后生成的氨基甲酸盐和质子化胺形成离子对，偶极矩显著增加约4–9 Debye。偶极矩增大增强分子间静电相互作用，促使极性产物聚集并诱发分相。水相与非水相体系均观察到这一现象，偶极矩变化幅度与分相程度密切相关。
5.2 Molecular polarity index
分子极性指数（MPI）可更全面地量化分子极性。计算表明，伯胺与叔胺之间MPI差异较大时，体系在吸收前即可分相；产物与溶剂MPI差异越大，相分离驱动力越强。偶极矩法直观但难以涵盖复杂氢键相互作用，MPI更适合预测复杂体系的分相行为，但计算成本较高。
6 Conclusion and prospects
本章总结主要结论并展望未来方向。
6.1 Conclusion
双相吸收剂可将再生能耗降至约1 GJ/ton CO?，主要归功于相分离减少了热再生溶剂体积。水相体系通常吸收容量高，非水相体系传质速率和潜热控制更优。性能权衡普遍存在：高吸收容量常伴随高粘度和低解吸效率，快动力学可能与循环容量冲突。相变本质是极性驱动过程，偶极矩和MPI已成为预测分相行为的有效工具。多胺、受阻胺及溶剂选择是决定性能的关键结构因素。
6.2 Prospects
未来研究应聚焦于：设计低反应焓、抗降解、低挥发性的新型分子和多元溶剂体系；通过过程强化与系统集成（如捕集-利用一体化、膜吸收混合工艺）降低整体能耗；在真实烟气条件（12%–15% CO?）下开展系统稳定性、技术经济性和生命周期评价；利用机器学习和高通量筛选加速吸收剂开发，并借助原位谱学技术实时揭示分相与降解机理。
