疯狂想法落地现实！液体海绵解锁气体吸收新可能

长期以来，制造多孔液体的想法被认为不可能。如今科学家不仅已将它制造出来，还通过各种各样的巧妙设计，使其适应不同的应用场景。这就是液体海绵。

液体海绵是液体而不是固体，它所吸收的不是液体而是气体，而且还可远距离泵送。这些特点使它在工业化学、温室气体吸收和储存，甚至急救医学方面有着广泛的应用前景。

一个疯狂的想法

2007年，在英国贝尔法斯特女王大学工作的化学家斯图尔特·詹姆斯，在研究一种金属有机框架（MOFs）时发现，区区一克MOF中的孔隙表面积相当于一个足球场那么大，经过化学结构的微调，就可用来清除环境毒素或从空气中吸收水分。

不过，工程师更喜欢液体材料，因为它们更容易泵送和搅拌。于是，詹姆斯开始琢磨如何将MOFs变为液体——这种液体分子要像MOFs一样拥有大量空隙的笼格，从而可容纳更多气体。这在当时被认为是个疯狂的想法。

詹姆斯认为，制造多孔液体最简单的方法是将粉末状的MOF熔为液体，他将这种液体称为1型多孔液体。但问题是，大多数MOF通常只在200℃以上才会成为液体——笼状分子在如此高温下往往会分解。

将固体变为液体的另一种方法是溶解。詹姆斯称之为2型多孔液体，由可在溶剂中溶解的笼状分子构成。但实现这个想法并不容易——笼状分子的孔很容易被溶剂分子堵塞，导致液体不再具有吸附能力。

为解决这个问题，詹姆斯和同事进行了多年探索。直到2015年，他们才找到一种冠醚分子组成的溶剂，这种溶剂既能溶解笼格，又不会堵塞笼格中的孔洞。终于，他们成功获得了第一种多孔液体。

温室气体“吸收狂”

詹姆斯与法国里昂大学的玛格丽达·科斯塔-戈麦斯合作，对这种多孔液体吸收气体的能力进行了测试。初步研究成果令人振奋：多孔液体有了更大的孔洞空间，甲烷在该液体中的溶解度提高了约8倍。

这一设想得到证实后，詹姆斯和库珀就不断研究开发其他多孔液体。他们想尽可能降低多孔液体的粘度，这样可以更容易将液体泵出。他们为这一创意申请了专利，并成立了一家名为多孔液体科技的公司。

三年前，该公司开始运行第一台用于制造和测试多孔液体的试验设备。他们的第一个目标是测试液体海绵选择性吸收厌氧消化器释放的二氧化碳的能力。厌氧消化器是用来分解食物垃圾等有机物的一种细菌罐，分解过程中会释放一系列气体，其中包括甲烷、氢气和二氧化碳。

理想情况下，多孔液体可以分离并捕获这些气体，但这一过程要用到化学物质胺，还要消耗大量能源，而且从胺溶剂中提取温室气体相当麻烦。

詹姆斯说，最初测试表明，与现有方法相比，液体海绵吸收提取二氧化碳所需能量可减少17%，“这是一个非常激动人心的结果”。

吸氧、吸碳、吸氙

液体海绵在很多领域有着极大应用空间。

据估计，分离化学物质占世界能源使用量的10%至15%，业界迫切需要在化学分离工艺和分离材料方面取得进展，多孔液体是一个重要的新方向。

美国哈佛大学的贾拉德·梅森对多孔液体也很感兴趣。他注意到，这些液体海绵几乎都基于有机溶剂，这将排除它们在任何生命系统中使用的可能性。他和同事们着手制作一种水基液体海绵，经过一系列改进后，这种液态海绵的含氧量提升了约100倍。“而且，含氧液体海绵在缺氧血液中可将氧气再释放出来。你会看到红细胞充氧时溶液渐渐从暗红色变成鲜红色的情景。”在紧急情况下，如果可将其注射到呼吸困难的患者体内，将能比机械输氧更快缓解缺氧症状。

英国剑桥大学的乔纳森·尼奇克用带正电的成分和带负电的成分构建笼状分子。这种离子液体能让气体分子进入笼格空隙，可用来吸收氯氟烃（造成臭氧层空洞的罪魁祸首）。

此外，液体海绵还能用于碳捕捉、原油净化和获取稀有气体氙。据介绍，目前技术是通过将空气液化蒸馏来收获氙，能耗极高，而多孔液体则可从核废料中分离并获取氙。