基于能量表征法的水性胺溶液中水热力学性质研究及其在CO2捕集节能机制中的突破

本研究针对胺法CO2捕集过程中能耗高的瓶颈问题，通过分子动力学模拟结合能量表征法，首次量化了CO2负载前后水性胺溶液中水的溶剂化自由能与汽化焓变化，揭示了阴离子氢键作用降低水蒸气压力的微观机制，为降低碳捕集能耗提供了关键理论依据。

通过能量表征法（energy-representation method）的研究发现，水性胺溶液在捕获二氧化碳（CO₂）前后展现出显著的热力学性质变化。分子动力学模拟表明，CO₂吸收后形成的阴离子会通过强氢键（hydrogen bonding）作用与水分子紧密结合，导致水蒸气压力显著降低。研究量化了各溶剂组分对溶剂化自由能（solvation free energy）和溶剂化能（solvation energy）的贡献，发现胺浓度升高会同步增加CO₂吸收前后的水汽化焓（enthalpy of vaporization）。吸收前阶段，尽管熵效应导致溶剂化自由能不稳定，但能量相互作用的增强仍是主因。动态结构分析显示水分子在特定体系中存在局部富集现象，而浓度波动分析进一步表明：微观结构起伏较大的区域，其蒸气压力随浓度的变化较小，印证了微观聚集行为与宏观热力学性质之间的内在关联。