相变吸收剂DEEA/AEEA/[Bmim][BF4]/H2O中CO2解吸动力学的反应动力学机制及其对低碳捕集技术的启示

本文系统研究了DEEA/AEEA/BF/H2O相变吸收剂的CO2解吸动力学，通过建立分布系数模型和核磁共振（NMR）分析，揭示了离子液体（BF）浓度对质子转移平衡和反应动力学的调控机制，为低碳能耗碳捕集技术（CCUS）的工艺优化提供了关键理论支撑。

Section snippets

Chemicals

高纯度N₂和CO₂（≥99.9%）购自北京顺安奇特气体有限公司，DEEA、AEEA、BF（[Bmim][BF₄]）、氘代水和1,4-二恶烷（≥99%）由上海麦克林公司提供。

Experimental procedure

CO₂解吸动力学实验在搅拌反应器中进行，针对不同浓度和温度条件下的相变吸收剂体系。预先负载CO₂的相变吸收剂经分相后，取富CO₂相进行解吸实验，通过实时监测CO₂释放量获取动力学数据。

Reaction kinetic modeling

相变吸收剂的解吸过程涉及伯/仲胺（AEEA）和叔胺（DEEA）吸收产物的分解。其中AEEA遵循两性离子机制（zwitterion mechanism），而DEEA符合碱催化水合机制（base-catalyzed hydration mechanism）。解吸反应被视为吸收反应的逆过程，通过引入分布系数α和β量化质子化胺（AEEAH⁺和DEEAH⁺）在反应中的比例，建立动力学模型。

Distribution coefficient for phase change absorbent

分布系数α和β用于表征相变吸收剂分相后质子化胺的浓度分布，其加和为1。通过¹H和¹³C NMR定量分析特征峰积分值（I），计算得出分布系数。研究发现，离子液体BF的浓度是决定分布系数的关键因素，其通过氢键作用调控质子转移平衡，进而影响整体反应活化能和解吸动力学行为。

Conclusions

本研究通过构建分布系数模型，结合NMR技术与量子化学计算，揭示了DEEA/AEEA/BF/H₂O相变吸收剂的解吸动力学机制。BF浓度显著提升反应速率常数（最高达2倍），且指前因子与活化能均与BF浓度呈正相关，为低碳能耗碳捕集工艺的设计提供了理论依据。