1.文章导读
多孔液体兼具多孔固体的孔隙率和液体的流动性，有望成为新一代CO2捕集介质。目前大多数针对CO2捕集的多孔液体研究仍处于材料开发的实验阶段，对这种“固-液”并存体系分离含CO2混合气过程的相平衡关系进行深入研究与分析，将有助于评价多孔液体CO2捕集性能，指导多孔液体制备与工业应用。在此背景下，中国石油大学（北京）陈光进、邓春课题组针对多孔液体CO2捕集介质的相平衡过程开展了实验与建模研究，以“Hybrid Absorption-Adsorption of CO2 Capture using Type III Porous Liquids: Experimental and Rigorous Phase Equilibrium Model”为题发表于国际期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》。该工作在相平衡实验基础上，针对三种溶剂体系沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）基III型多 孔液体的不同相平衡行为（图1），进行严格建模和仿真，建立CO2/H2吸收-吸附耦合的单平衡级模型，揭示气-多孔液体相平衡关系。
图1 三种ZIF-8基多孔液体与相平衡模型
2.研究内容
（1）吸收-吸附耦合模型
如图 2 所示，多孔液体内部存在溶剂吸收，多孔固体吸附，以及可能的液膜渗透作用（取决于溶剂-固体相互作用）。根据多孔液体中溶剂类型与固-液作用关系，非极性溶剂体系（ZIF-8/C16）采用PT+Langmuir法，极性溶剂体系（ZIF-8/DMAC）采用PT+UNIFAC+Langmuir法，极性氢键溶剂体系（ZIF-8/EG）采用PT+UNIFAC+ Osmotic pressure +Langmuir法，分别建立相应的相平衡模型，模型计算值与实验值吻合。
图2 吸收-吸附耦合模型
（2）耦合吸着容量
多孔液体的CO2吸着容量是多孔材料吸附与溶剂吸收共同耦合的结果。如图3所示，随着压力升高，多孔材料（ZIF-8）吸附逐渐趋于饱和，吸附贡献逐渐降低而吸收贡献逐渐升高，这意味着存在一个的吸附与吸收贡献相等的压力点O，在该压力点之后，多孔液体相对其等量的纯溶剂不再具有吸着容量上的优势。此外，低吸收量的溶剂与ZIF-8的组合拥有更宽的吸收-吸附耦合适用压力范围，如图2所示的绿色区域，在相同条件下，溶剂吸收量为EG
图3 三种多孔液体吸收-吸附耦合区域
（3）耦合分离因子
如图4（a）、（b）所示，一般情况下多孔液体（ZIF-8/C16、ZIF-8/DMAC）分离因子介于纯溶剂和多孔材料之间。而有液-固表面作用（氢键网络）的多孔液体可以实现分离因子的突破，如图4（c）。不同体系的多孔液体分离因子均随压力升高而下降，因此较低工作压力下更能发挥多孔液体耦合分离性能。
图4 不同压力下溶质、溶剂和多孔液体中H2/CO2的分离因子：
（a）ZIF-8/C16;（b）ZIF-8/DMAC;（c）ZIF-8/EG
（4）分离性能对比
如图5所示，随多孔液体中的固含率增加，耦合吸着量上升，耦合分离因子降低。通过固体材料和液体溶剂的配比可调控多孔液体分离性能，使其超越传统物理脱碳溶剂碳酸丙烯酯（PC）。
图5 多孔液体与PC吸着性能对比。（a）CO2溶解度;（b）CO2/H2分离因子
3.总结
该文章提出了适用多孔液体的吸收-吸附耦合通用相平衡模型，结合CO2/H2混合气分离实验，对ZIF-8基多孔液体CO2捕集相平衡阶段进行了全面深入分析，其研究结果可推广至其他气-多孔液体体系，对多孔液体制备及应用具有理论指导意义。