异氟尔酮二胺-水二元固-液相变吸收剂捕集CO_(2)机制

固-液相变吸收剂在CO_(2)负荷调控下可发生相变形成固体产物,具有易分离、操作简便的优势,但现有体系大多需有机分相剂调控才能发生固液相变,存在分相剂易挥发损耗、富液黏度大等瓶颈。本研究构建了异氟尔酮二胺(IPDA)-水二元固-液相变吸收体系,无需分相剂,水相溶液吸收CO_(2)后即可发生固液相变。研究表明,1.00 mol·L^(-1)IPDA水溶液在313.15 K下饱和吸收负荷高达0.85 mol CO_(2)·mol^(-1),吸收产物为白色晶体粉末且富集在溶液下层,富液体积占总溶液体积的43.60%,而CO_(2)富集率达93.98%,此时,上层贫相黏度为1.08 mPa·s。富相固体产物分离熔融后在393.15 K温度条件下解吸60 min,再生效率为98.31%。经5次循环吸收-解吸,再生容量仍保持初始容量的80%以上,具有良好的重复利用性。^(13)C核磁共振(NMR)表征分析表明,IPDA与CO_(2)反应生成IPDA-氨基甲酸盐与碳酸氢盐,大多聚集在富相中,仅少量氨基甲酸盐溶于贫相中。解吸完成后,样品未见CO_(2)产物峰,进一步证明了IPDA-H_(2)O可完全解吸。量子化学计算证明,吸收前IPDA与水偶极矩接近,极性相近可互溶,吸收后形成的产物偶极矩低、极性小,产物间的分子内氢键高于产物和水的氢键,产物晶格能增加。因此,产物从溶液中析出,无需分相剂调控,即可在水中发生固液相变。