Page 117 - 《精细化工》2023年第3期
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第 3 期                  王焕君，等:  基于不同粒径 ZIF-8 多孔液体的二氧化碳捕集性能                                ·573·


                 adsorption capacity of 63.0 mg/g for CO 2, while ZIF-8-PLs(145) exhibited a faster CO 2 adsorption rate with
                                                           –3
                 a pseudo-second order kinetic constant of 1.91×10  g/(mg·min), and ZIF-8-PLs(1400) showed the highest
                 CO 2 /N 2  selectivity, which was 4.7 times as much as that of ZIF-8-PLs(43). All three PLs remained stable after
                 being recycled 4 times.
                 Key words: porous liquids; carbon dioxide capture; metal-organic frameworks; absorption kinetics; CO 2/N 2
                 selectivity; functional materials



                 全球气候变化是人类可持续发展的最大威胁，                          的刘蓓课题组      [16] 首次提出了 MOF 基多孔液体，开
            应对气候变化是关乎生存发展权的非传统国家安全                             发出兼具固、液特性的新型多孔液体 ZIF-8/乙二醇，
                                                        [1]
            问题。应对气候变化以控制 CO 2 排放为主要目标 。                        在 0.1 MPa 时 CO 2 吸收容量可达 1.25 mol/L（每升
            习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论                             多孔液体吸附 CO 2 的物质的量，下同），吸附焓仅
            上向世界作出了庄重承诺，CO 2 排放力争于 2030 年                      为 29 kJ/mol，并实现了 CO 2 吸收/解吸过程的连续
            前达到峰值，努力争取 2060 年前实现“碳中和”。                         化操作。此外，该多孔液体能在常温常压下有效地
            CO 2 捕集、利用与封存（CCUS）技术是一种具有大                        脱除混合气体中的 CO 2 ，对 CO 2/H 2 、CO 2/N 2 和
            规模 CO 2 减排潜力的新技术，是化石能源实现净零                         CO 2/CH 4 的吸附选择性分别为 951、394 和 144。邢
            排放的唯一技术选择。                                         华斌课题组     [17] 首先以 1,8-二氮双环[5.4.0]十一烷-7-烯
                 燃煤电厂烟气是 CO 2 的集中稳定排放源，约占                      （DBU）和聚乙二醇（PEG）以及二(三氟甲磺酰)亚
            CO 2 排放总量的 50%。目前，化学吸收法是应用于
                                                               胺锂（LiNTf 2 ）为主要原料制备了[DBU-PEG][NTf 2]
            燃煤电厂最成熟并有望实现大规模商业化应用的
                                                               离子液体，然后将 ZIF-8 直接分散到离子液体中成
            CO 2 捕集分离技术。在该技术中，液态吸收剂（如
                                                               功构筑了第三类多孔液体，结合分子模拟、正电子
            醇胺吸收剂）在碳捕集过程中易实现连续化操作，
                                                               湮没寿命谱（PALS）表征和 CO 2 吸附实验，证明了
            且技术日益成熟，但依然存在运行成本高和能耗高
                                                               在多孔液体中 ZIF-8 固有的微孔结构得到了保留，
            等问题。相比于化学吸收法，固体吸附法在捕集成
                                                               该多孔液体对 CO 2 的吸附容量是纯离子液体
            本方面具有明显的优势，且固体吸附剂本身也具有
                                                               DBUPEG][NTf 2]的 4.7 倍。李沛沛课题组         [18] 利用胺
            很多优良的特性，包括较高的比表面积、对 CO 2 具
                                                               功能化后的 ZIF-8A 和聚二甲基硅氧烷（PDMS）合
            有强吸附力、吸附剂再生能耗低和潮湿环境下具有
                                                               成了多孔液体，其对丙烷的吸附量远高于对 CO 2 和
            较高的物理化学稳定性等。但目前工业应用中，固
                                                               N 2 的吸附量，在气体选择性吸附领域具有较大的应
            体吸附剂通常存在机械疲劳、物理老化或塑化、连                                                  [19]
            续化操作难等问题         [2-6] 。因此，开发适用于工业应用               用潜力。郑亚萍课题组             利用改性后 ZIF-8 和支链
            的新型捕集材料成为降低 CO 2 捕集成本的关键，对                         型聚乙烯亚胺（BPEI）通过静电斥力策略合成了具
            降低再生能耗具有重要意义。                                      有较低熔融温度和黏度的多孔液体 ZIF-8-g-BPEI-n
                                    [7]
                 2007 年，O'REILLY 等 首次提出了多孔液体的                  （n 代表多孔液体中 ZIF-8 的负载量），由于永久孔
            概念，多孔液体（PLs）是一种具有永久性孔隙结构                           隙的存在，ZIF-8-g-BPEI-30 对 CO 2 的吸附容量是纯
            且呈现宏观流动状态的新型液体材料，其将多孔固体                            BPEI 的 6.5 倍。
            的有序规整孔道和液体的流动性等诸多优点相结合，                                如何在保持流动性的同时尽可能提高多孔液体
            在气体捕集与分离领域表现出巨大的应用潜力                      [8-9] 。  的空腔比例或空腔利用率，是提高多孔液体碳捕集
            多孔液体通常是将多孔固体材料分散在合适的位阻                             性能的关键。目前，关于固体材料粒径对多孔液体
            溶剂中形成多孔性流体相，这意味着多孔固体材料                             捕集 CO 2 性能的影响，鲜见系统研究。基于此，本
            的选择对多孔液体的气体捕集性能至关重要                     [10-12] 。  文利用粒径调控策略制备了不同粒径的 ZIF-8 固体
            金属有机骨架材料（MOFs）是金属离子与有机配体                           材料，进而探究了不同粒径 ZIF-8 对多孔液体稳定
            相互络合形成的一种多孔材料，其骨架结构规整、                             性、流动性以及碳捕集性能的影响，为高性能碳捕
            孔道均一可调且具有较大的比表面积，在气体储存                             集吸收剂的研发奠定了基础。
            与分离、催化等领域具有广阔应用前景。作为 MOFs
                                                               1   实验部分
            家族中的一个子类，沸石咪唑框架材料（ZIFs）由
            于具有稳定的微孔结构，且组成骨架的有机配体具                             1.1   试剂和仪器
            有可修饰性，被广泛认为是组成多孔液体的最佳主                                 2-甲基咪唑（2-MIm，质量分数为 95%）、
            体单元之一      [13-15] 。2014 年，中国石油大学（北京）              甲醇（CH 3 OH，质量分数为 99%）、无水乙醇
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