近日，中國科學院大連化學物理研究所熱化學研究組研究員史全團隊和香港科技大學教授韓偉合作，在應(yīng)用量熱技術(shù)評估二氧化碳（CO2）吸附劑再生能量方面取得新進展。合作團隊基于精密熱容測定量熱技術(shù)并結(jié)合通用熱分析手段，發(fā)展了一種準確測定并研究MOFs吸附劑再生能量性質(zhì)的實驗方法，通過研究UiO-66-X詳細演示了該量熱技術(shù)方法的原理及實驗流程，并通過結(jié)果展現(xiàn)了該方法的有效性和普適性。
MOFs作為應(yīng)用前景廣闊的CO2吸附劑，在碳捕獲和封存研究領(lǐng)域受到研究者們廣泛關(guān)注。為了篩選出性能優(yōu)異且實用的MOFs吸附劑，不僅需要考察其對CO2的吸附性能，還需要有效評估其在再生過程中的能量消耗。然而，吸附劑能量性質(zhì)評估多采用理論計算或模擬的方法，對一般研究者學習和使用具有很大的難度，因此亟需開發(fā)簡單易行的實驗分析方法。
大連化物所提出研究二氧化碳吸附劑再生能量的量熱技術(shù)方法
在熱化學研究組多年量熱技術(shù)研究基礎(chǔ)上，本工作中，合作團隊結(jié)合精密熱容量熱技術(shù)和通用熱分析手段，提出了一種高效且準確的能量評估實驗方法，來研究MOFs吸附劑在變溫再生過程中的能量性質(zhì)。該方法采用熱重分析手段測定吸附劑吸附和逐步脫附行為來確定CO2最終脫附溫度；利用常溫下的等溫吸附實驗獲得吸附劑CO2吸附量和等量吸附熱；更關(guān)鍵的是，利用精密熱容測定量熱技術(shù)準確測量吸附劑熱容，并得到了其再生所需的顯熱能量。研究團隊利用該方法準確評估了五種同構(gòu)但不同官能團修飾的鋯基MOFs（UiO-66-X，其中X = H、NH2、(OH)2、C4H4和NO2）吸附劑再生過程中的能量性質(zhì)參數(shù)，包括再生能耗、CO2循環(huán)脫附量和寄生能耗等。實驗結(jié)果表明，CO2吸附劑再生能耗主要來源于吸附劑從吸附溫度加熱至脫附溫度所需的顯熱能量；同時，這些UiO-66-X的寄生能耗與CO2循環(huán)脫附量存在反比例關(guān)系。該技術(shù)方法的優(yōu)點是包含的假設(shè)少，且具有高度的分辨率能區(qū)分相似MOFs吸附劑能量性質(zhì)的微小差異，可為研究CO2吸附劑的能量性質(zhì)提供一種可行且有效的實驗方法。該研究工作展現(xiàn)了經(jīng)典的量熱技術(shù)可準確測量與研究CO2吸附劑等能源材料的能量性質(zhì)，可為相關(guān)能源材料高效轉(zhuǎn)化與清潔利用提供有力的實驗技術(shù)支持。
相關(guān)研究成果以“An Experimental Strategy for Evaluating the Energy Performance of Metal–Organic Framework-Based Carbon Dioxide Adsorbents”為題，于近日發(fā)表在《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。該工作的共同第一作者是大連化物所博士研究生羅積鵬和1504組張箭副研究員。上述工作得到中國科學院潔凈能源創(chuàng)新研究院-榆林學院聯(lián)合基金、國家自然科學基金、大連化物所創(chuàng)新基金等項目的資助。
