Page 121 - 《精细化工》2023年第3期

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 ·577·

2.2 多孔液体的结构表征 剂吸附容量略有提升（11.5 mg/g）；向乙二醇中加
2.2.1 多孔液体的永久孔隙结构 入 2-甲基咪唑（乙二醇和 2-甲基咪唑的质量比为
多孔液体将多孔固体的有序规整孔道和液体的 51∶34），CO 2 吸附容量增加至 37.4 mg/g，原因为
流动性等诸多优点相结合，在气体捕集与分离领域表 2-甲基咪唑提高了 CO 2 溶解度，这与刘蓓课题组 [16]
现出巨大的应用潜力。但是，第三类多孔液体的成功 的报道相一致。在此基础上，利用乙二醇、ZIF-8(145)
合成面临了众多挑战，例如：位阻溶剂分子易占据 和 2-甲基咪唑合成了 ZIF-8-PLs(5%)，其 CO 2 吸附容
多孔固体材料的孔道、多孔固体材料塌陷、多孔固体 量为 45.5 mg/g。
材料在位阻溶剂中易产生聚集沉淀等 [9,28] 。ZIF-8 是一 为了进一步证明多孔液体中存在永久孔隙，在
种具有较高的热稳定性和化学稳定性的微孔材料，具 20 ℃，0.1 MPa 下，测定了不同 ZIF-8(145)质量分
有六元环孔窗口结构 [29-30] 。基于 ZIF-8 成功合成多孔 数的多孔液体对 CO 2 的吸附曲线，结果如图 5b 所
液体的关键是防止溶剂分子进入 ZIF-8 孔道 [17] ，即溶 示。当 ZIF-8(145)的质量分数为 5%和 10%时，
剂分子的尺寸应该大于 ZIF-8 的孔结构。本文考察的 ZIF-8-PLs 的 CO 2 吸附容量分别为 45.5 和 51.2 mg/g；
位阻溶剂为乙二醇，其动力学直径为 0.45 nm [16] ，大 当 ZIF-8(145)质量分数进一步提高到 15%时，多孔
于 ZIF-8 的孔尺寸 0.34 nm [31] ，这为多孔液体的成功 液体对 CO 2 的吸附容量增加至 59.4 mg/g。以上结果
合成提供了理论基础。 表明，当多孔液体中 ZIF-8 的质量分数在 5%~15%
不同粒径 ZIF-8 基多孔液体吸附 CO 2 容量随时 范围时，多孔液体对 CO 2 的吸附容量随 ZIF-8 质量
间变化曲线如图 5a 所示。 分数增加而不断增加，这表明位阻溶剂乙二醇并未

占据 ZIF-8 的孔道，ZIF-8 的永久孔隙结构得到保留。
但是，随着 ZIF-8 质量分数进一步增加至 20%，多
孔液体的 CO 2 吸附容量降低至 48.7 mg/g。原因为，
随着 ZIF-8 质量分数的提高，多孔液体的黏度不断
增加（图 6b），当黏度增大到一定值时会对多孔液
体的气液传质效率产生影响，进而降低了多孔液体
的碳捕集能力。综上所述，在合成 MOF 基多孔液体
碳捕集吸收剂时，选择合适的固液比至关重要，本文
多孔液体中 ZIF-8 的最优质量分数为 15%。后续性能
测定未特别说明的，ZIF-8 的质量分数均为 15%。
2.2.2 多孔液体的流动性
多孔液体除了具有多孔固体的有序规整孔道结
构外，还具有液体的流动性，因此，有利于在管道
流动介质体系中应用。但是，多孔液体作为一种新
型的液体吸附剂，仍面临着高黏度的问题。本文通
过粒径调控策略，考察了 ZIF-8 粒径对多孔液体流
变性能的影响。图 6a 为不同粒径 ZIF-8 多孔液体的
黏度随温度的变化曲线，可以看出，随着温度的升
高，不同粒径 ZIF-8 多孔液体的黏度均降低。

图 5 不同组分多孔液体对 CO 2 吸附曲线（a）；不同 ZIF-
8(145)质量分数多孔液体吸附 CO 2 曲线（b）（20
℃, 0.1 MPa）
Fig. 5 CO 2 adsorption curves of different component
porous liquids (a); CO 2 adsorption curves of
porous liquids with different mass fractions of
ZIF-8(145) (b) (20 ℃, 0.1 MPa )

由图 5a 可见，在 20 ℃，0.1 MPa 时，吸收剂
仅为乙二醇时，CO 2 的吸附容量仅为 7 mg/g；向
乙二醇中加入质量分数 5%的 ZIF-8(145)后，吸收