Page 13 - 《精细化工》2023年第9期
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第 9 期                   慕佳琪，等:  应用于烟气中 CO 2 捕集的固体吸附材料研究进展                               ·1861·


            呈现下降趋势。相较于压力的影响，温度对其选择                             温度升高会加速二氧化碳分子的热运动，抑制吸附
            性的影响较小       [31] 。为探究压力对沸石分子筛吸附性                  的放热过程。微孔结构中已吸附的二氧化碳分子在
            能的影响，刘文倩等          [33] 通过高压吸附仪对 4 种分子             热运动的影响下从微孔中脱离，此时脱附速率大于吸
            筛材料（硅胶、MCM-41、13X 和 SBA15）进行吸                      附速率，增加了二氧化碳向材料孔隙内扩散的难度                     [36] 。
            附性能测试，结果表明：增大压力有助于材料吸附                                 明确各类材料的吸附性能对于温度和压力的影
            容量的增加，沸石分子筛 13X 的吸附容量受温度的                          响规律，有利于在特定温度和压力工况下筛选出最
            影响比其他 3 种吸附材料更小。沸石分子筛 13X 受                        优的吸附材料。此外，还可以根据温度和压力对吸
            温度影响的规律对于高温条件下工业应用中选取固                             附性能影响的规律来指导吸附材料的实际应用。
            体吸附材料具有一定参考价值。                                     2.2    水蒸气含量
                 为探究压力对 MOFs 吸附性能的影响，YAGHI                         耐水性是评价吸附材料的重要指标之一，研究
            课题组    [34] 对多种 MOFs 在 298 K、不同压力条件下               水分子对固体材料吸附性能的影响也至关重要。在
            对二氧化碳的吸附性能进行测试。结果表明，MOFs                           捕集湿法脱硫处理后烟气中的二氧化碳过程中，沸
            的吸附容量均随压力的提升而增加。其中，MOF-177                         石分子筛的吸附能力较差。因为烟气中的水蒸气会
            材料在 4.5 MPa 下对二氧化碳的吸附容量达到 33.5                     与二氧化碳发生竞争吸附，从而降低沸石分子筛对二
            mmol/g。张林建等     [35] 通过对 16 种不同结构的 MOFs            氧化碳的吸附容量。此外，水蒸气还会破坏沸石骨架
            进行吸附性能研究，同样得到 MOFs 吸附容量随压                          的稳定性，造成沸石分子筛使用寿命显著下降                    [2,8,37] 。
            力的提升而增加的规律。值得关注的是，在 0.001                          这些问题限制了沸石分子筛在工业烟气捕集二氧化
            MPa 的低压条件下，大多数 MOFs 对二氧化碳的吸                        碳领域的推广使用。
            附容量小于 1 mmol/g，与 ACs 等吸附材料相比并无                         王明雪   [38] 通过溶剂热法制备了 MOF-5，其吸附
            太大提升。                                              性能测试结果表明，在 MOF-5 的晶体结构合成过程
                 为探究温度对 MOFs 吸附性能的影响，JUNG                      中，水分子会对其晶体结构产生影响；在晶体结构
            等 [27] 和 BAO 等 [28] 对 MOF-5 和 Mg-MOF-74 在相同        形成后，将 MOF-5 放置在含有水分子的环境中，也
            压力条件下进行变温测试。结果发现，MOFs 对二                           会导致 MOF-5 的晶体结构遭到破坏。此外，MOFs
            氧化碳的吸附容量随温度升高而降低。从上述研究                             在吸附过程中存在二氧化碳与水蒸气的竞争吸附行
            中可以看出，高压、低温条件下更有利于 MOFs 发                          为，这会降低材料对二氧化碳的吸附容量。MOFs
            挥吸附作用，而实现低压、高温条件下 MOFs 吸附                          的水热稳定性与金属节点的种类与配体的成键能力
            性能的提升是研究人员需要继续攻克的难题。                               密切相关，金属有机配体的成键作用力越强，MOFs
                 为探究不同种类多孔材料（AC S 、MOFs、沸石                     的骨架越难水解，其水热稳定性也越高，因此，配
            分子筛）受温度和压力的影响规律，佟思琦等                      [36] 测   体的选择对耐水性尤为重要。此外，对合成后的
            试了不同压力和温度条件下 ACs 的二氧化碳吸附性                          MOFs 进行功能化修饰也是提高 MOFs 耐水性的方
            能，并将测试结果与文献中 MOFs 和沸石分子筛的                          法之一   [39] 。YING 等 [40] 采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）
            吸附性能规律进行对比。结果表明，以物理吸附为                             化学涂覆 MOFs 的方法，在保证 MOFs 结构不被破
            主的多孔材料（AC S 、MOFs 和沸石分子筛）的吸附                       坏的同时，还能表现出超强的疏水性。在当前和未
            性能对温度和压力的响应规律相同，均与压力呈正                             来一段时间内，提高吸附材料耐水性是 MOFs 的重
            相关，与温度呈负相关。                                        点研究方向之一。
                 综上所述，同种固体吸附材料在相同温度下进                              与沸石分子筛和 MOFs 相比，大部分 BACs 凭
            行二氧化碳吸附时，适当增大压力有利于吸附容量                             借其天然的疏水性而具有优异的耐水能力。学者认
            的提升。这归因于二氧化碳在材料表面的扩散速度                             为，BACs 的疏水特性一方面归因于极性，另一方
            与压力呈正相关，低压条件下吸附材料与二氧化碳                             面归因于材料本身的元素构成和芳香官能团                     [41-42] 。
            分子间相互作用力较小。因此，提高压力能够推动                             BACs 会优先吸附极性较弱的气体分子，而水分子
            二氧化碳向微孔中快速扩散，加快吸附速率，提高                             的极性较强，从而在吸附过程中表现出疏水特性。
            吸附容量     [36] 。                                    此外，BACs 中较低的 H/C 元素物质的量之比和
                 同种固体吸附材料在相同压力条件下，温度升                          O/C 元素物质的量之比 以及较高的 芳香度使得
            高会降低吸附材料对二氧化碳的吸附容量。这归因                             BACs 具有较强的化学稳定性            [19] 。
            于材料的吸附过程主要为放出热量的物理吸附。温                             2.3   孔隙结构
            度较低（低于 303 K）时，吸附材料对二氧化碳的                              多孔材料按照国际纯粹与应用化学联合会
            吸附速率大于脱附速率，二氧化碳被吸附到微孔中；                            （IUPAC）分类可划分为极微孔（孔径<0.5 nm）、
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