眾所周知，導(dǎo)致**變暖的罪魁禍?zhǔn)妆闶谴髿庵羞^(guò)高的二氧化碳(CO₂)濃度。其中，化石燃料發(fā)電廠是CO₂排放源，因此，對(duì)于燃燒后CO₂的捕集對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。然而，化石燃料燃燒會(huì)產(chǎn)生其它氣體雜質(zhì)，如二氧化硫(SO₂)，容易使CO₂捕集材料失去選擇性，從而對(duì)CO₂捕集技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用和推廣提出了重大挑戰(zhàn)。（燃煤發(fā)電廠脫硫前的煙氣通常含有14%的CO₂、5%的O₂、81%的N₂、300-3000 ppm的SO_x、100-1000 ppm的NO_x和10-12%的蒸汽）。即使在脫硫后，來(lái)自燃煤發(fā)電廠的煙道氣中也常常含有，其存在會(huì)大大降低胺基固體吸附劑對(duì)CO₂的吸附。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，硝酸與胺基結(jié)合后，由于硝酸根的空間效應(yīng)，可以**胺基對(duì)SO₂的吸附。因此，為了避免在CO₂捕集過(guò)程中SO₂的影響，浙江大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院的何奕等人通過(guò)硝酸與三亞乙基四胺(TETA)簡(jiǎn)單中和，結(jié)合介孔二氧化硅，開(kāi)發(fā)了一種新型的聚胺基質(zhì)子離子液體(PBPILs)功能化介孔二氧化硅吸附劑，利用硝酸根的立體效應(yīng)減少SO₂對(duì)胺的親和力，形成三乙基銨硝酸鹽((TETA)[NO₃])，以制備功能化吸附劑SBA-15。為了進(jìn)一步降低黏度和擴(kuò)散阻力，研究者將PBPILs浸漬到SBA-15中，得到了吸附速率高、吸附容量大、可回收的混合材料。

圖1. 吸附實(shí)驗(yàn)原理圖：(1) N₂；(2)CO₂；(3) NO；(4) SO₂；(5) 質(zhì)量流量計(jì)；(6) 混合槽；(7) 水浴水壺；(8) 泡沫瓶；(9) 電加熱器；(10) 吸附劑；(11) 熱電偶；(12) PID控制器；(13) 氣相色譜儀；(14) 廢氣收集裝置

（圖片來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

在本研究中，作者通過(guò)多組分(SO₂/CO₂/N₂)吸附實(shí)驗(yàn)，評(píng)估了硝酸鹽離子液體對(duì)CO₂和SO₂混合吸附劑親和力的影響。在500 ppmSO₂下的動(dòng)態(tài)CO₂吸附/解吸實(shí)驗(yàn)表明，含硝酸鹽的吸附劑的CO₂吸附能力在11個(gè)吸附/解吸循環(huán)后幾乎保持不變，但不含硝酸鹽的吸附劑的吸附能力降低了50.9%。

圖2. S15-50TETA和S15-50[TETA][NO₃]在500 ppm SO₂, 15% CO₂下的循環(huán)再生能力（用N₂蒸汽在313 K時(shí)平衡吸附N₂和373 K時(shí)的脫附條件30分鐘）

（圖片來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

雖然[TETA][NO₃]硝酸鹽在含硝酸鹽吸附劑中占有一個(gè)胺基位置，但含硝酸鹽的吸附劑對(duì)CO₂的初始吸附能力要大于不含硝酸鹽的吸附劑。這種吸附能力的差異可能是因?yàn)橄跛猁}通過(guò)額外的范德華相互作用與CO₂結(jié)合。此外，通過(guò)循環(huán)吸附及再生實(shí)驗(yàn)，考察了混合氣體吸附劑在模擬煙道氣條件下的長(zhǎng)期使用性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，[TETA][NO₃]硝酸鹽具有良好的再生能力和穩(wěn)定性，且吸附能力幾乎不受影響。

圖3. (a)S15-50TETA, S15-50TETA-SO₂,S15-50TETA-11 cycles和(b)S15-50[TETA][NO₃], S15-50[TETA][NO₃]-SO₂,S15-50TETA-11 cycles的FT-IR光譜圖和吸收峰位置

（圖片來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

通過(guò)不同的物理表征方法，研究者還考察了混合吸附劑在循環(huán)實(shí)驗(yàn)前后的結(jié)構(gòu)變化。傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)表明：硝酸鹽能**胺基與SO₂的反應(yīng)，防止了磺胺類化合物的形成。此外，通過(guò)密度泛函理論(DFT)計(jì)算研究了硝酸根摻雜對(duì)混合吸附劑抗SO₂干擾影響的機(jī)理。結(jié)果表明，將硝酸鹽引入TETA后，SO₂與仲胺-N(2)H之間的結(jié)合能和凈電荷轉(zhuǎn)移量分別降低了6.3%和22.1%。

圖4. 優(yōu)化SO₂與TETA(a, b)和[TETA][NO₃](c,d, e)中胺基的相互作用構(gòu)型及結(jié)合能（灰色: C; 紅色: O;藍(lán)色: N; 白色: H; 黃色: S）

（圖片來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

圖5. S15-50[TETA][NO₃]在SO₂為150 ppm、NO為150 ppm、RH為100%、CO₂為15%、N₂為313 K、N₂蒸汽為373 K、脫附30 min時(shí)的CO₂捕集再生性能

（圖片來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

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