Advanced Science |[EMmim][NTf2]---一种新型离子液体（IL）在催化CO2捕集中的应用

研究背景

二氧化碳（CO 2 ）会引起气候变化导致温室效应，但同时它也是一些材料和燃料的重要合成资源，因此，二氧化碳（CO 2 ）捕集技术的开发至关重要。离子液体（IL ）已被广泛用于二氧化碳（CO 2 ）捕集。然而，到目前为止，均相催化剂还没有被利用于二氧化碳捕集。经过长时间的研究，研究人员发现了一种均相二氧化碳捕集催化剂——一种新的离子液体（IL ），[CH 3COOCH 2mim][NTf 2] ，又称[EMmim][NTf 2] 。作为二氧化碳捕集催化剂而不是吸附剂使用的IL ，不仅对催化二氧化碳的解析非常有效，而且对加速二氧化碳的吸收速率也非常有效。基于此，本研究将[EMmim][NTf 2] 用作单乙醇胺溶液捕集CO 2 的催化剂。此外，还从实验和理论两方面揭示了其催化二氧化碳捕集机理。

相关成果以 "[EMmim][NTf2]—a Novel Ionic Liquid (IL) in Catalytic CO2 Capture and ILs’ Applications"为题发表在国际期刊《Advance Science》 (IF=17.521；中科院一区 TOP)上。

研究结果

开发适用于低温下提高CO2解吸速率的催化剂，可以大大推动新一代CO2捕集技术的发展。从减少CO2捕集系统的资本投资和环境保护的角度来看，催化剂的使用可以使CO2捕集过程对高质量能源的要求大大降低，继而可以广泛使用低温热能(例如太阳能集热器或工业废热）用于CO2捕集。这不仅会可以使寄生能源罚款、资本和运营成本显著降低，而且还有利于消除传统CO2捕集技术中高温解吸时由单乙醇胺（MEA）降解产生的二次环境污染物。因此，[EMmim][NTf2]是二氧化碳捕集技术的一种优异的催化剂。

研究数据

图一 [EMmim][NTf2]对CO2吸收和解吸的催化作用。A）20%MEA吸附剂的非催化和催化的CO2吸收曲线；B）使用和不使用催化剂的CO2解吸率的影响；C）使用催化剂后，CO2解吸率和解吸量增加的百分比；D）催化剂对解吸CO2数量的影响。

图二 评估[EMmim][NTf2]作为基于MEA的CO2捕集催化剂的稳定性。

图三 在CO2吸收系统中通过水解进行的[EMmim][NTf2]催化剂活化机理。A）预测的反应路径；B）实验验证中间产物的FT-IR谱图。

图四 吸收和解吸的CO2量，以及非催化和催化溶液的pH值随A）吸收时间和B）解吸时间的变化。

图五 催化溶液和非催化溶液在不同时间的CO2吸收和解吸过程中的FT-IR光谱。A) 非催化的CO2吸收；B) 催化的CO2吸收；C) 非催化的CO2解吸；D) 催化的CO2解吸。

图六 基于DFT的非催化和催化的二氧化碳捕集反应途径和能量曲线。A) 路径；B) 能量曲线。

作者信息

共同第一作者：成都理工大学贺欣研究员、山西大学高阳艳副教授

共同通讯作者：山西大学程芳琴教授、英国牛津大学Prof. Shik Chi Edman Tsang、河南师范大学王键吉教授、美国怀俄明大学Prof. Maohong Fan

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202205352

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