眾所周知，導致**變暖的罪魁禍首便是大氣中過高的二氧化碳(CO₂)濃度。其中，化石燃料發電廠是CO₂排放源，因此，對于燃燒后CO₂的捕集對環境保護具有重要意義。然而，化石燃料燃燒會產生其它氣體雜質，如二氧化硫(SO₂)，容易使CO₂捕集材料失去選擇性，從而對CO₂捕集技術的工業應用和推廣提出了重大挑戰。（燃煤發電廠脫硫前的煙氣通常含有14%的CO₂、5%的O₂、81%的N₂、300-3000 ppm的SO_x、100-1000 ppm的NO_x和10-12%的蒸汽）。即使在脫硫后，來自燃煤發電廠的煙道氣中也常常含有，其存在會大大降低胺基固體吸附劑對CO₂的吸附。

最近的研究發現，硝酸與胺基結合后，由于硝酸根的空間效應，可以**胺基對SO₂的吸附。因此，為了避免在CO₂捕集過程中SO₂的影響，浙江大學化學與生物工程學院的何奕等人通過硝酸與三亞乙基四胺(TETA)簡單中和，結合介孔二氧化硅，開發了一種新型的聚胺基質子離子液體(PBPILs)功能化介孔二氧化硅吸附劑，利用硝酸根的立體效應減少SO₂對胺的親和力，形成三乙基銨硝酸鹽((TETA)[NO₃])，以制備功能化吸附劑SBA-15。為了進一步降低黏度和擴散阻力，研究者將PBPILs浸漬到SBA-15中，得到了吸附速率高、吸附容量大、可回收的混合材料。

圖1. 吸附實驗原理圖：(1) N₂；(2)CO₂；(3) NO；(4) SO₂；(5) 質量流量計；(6) 混合槽；(7) 水浴水壺；(8) 泡沫瓶；(9) 電加熱器；(10) 吸附劑；(11) 熱電偶；(12) PID控制器；(13) 氣相色譜儀；(14) 廢氣收集裝置

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

在本研究中，作者通過多組分(SO₂/CO₂/N₂)吸附實驗，評估了硝酸鹽離子液體對CO₂和SO₂混合吸附劑親和力的影響。在500 ppmSO₂下的動態CO₂吸附/解吸實驗表明，含硝酸鹽的吸附劑的CO₂吸附能力在11個吸附/解吸循環后幾乎保持不變，但不含硝酸鹽的吸附劑的吸附能力降低了50.9%。

圖2. S15-50TETA和S15-50[TETA][NO₃]在500 ppm SO₂, 15% CO₂下的循環再生能力（用N₂蒸汽在313 K時平衡吸附N₂和373 K時的脫附條件30分鐘）

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

雖然[TETA][NO₃]硝酸鹽在含硝酸鹽吸附劑中占有一個胺基位置，但含硝酸鹽的吸附劑對CO₂的初始吸附能力要大于不含硝酸鹽的吸附劑。這種吸附能力的差異可能是因為硝酸鹽通過額外的范德華相互作用與CO₂結合。此外，通過循環吸附及再生實驗，考察了混合氣體吸附劑在模擬煙道氣條件下的長期使用性能，實驗結果表明，[TETA][NO₃]硝酸鹽具有良好的再生能力和穩定性，且吸附能力幾乎不受影響。

圖3. (a)S15-50TETA, S15-50TETA-SO₂,S15-50TETA-11 cycles和(b)S15-50[TETA][NO₃], S15-50[TETA][NO₃]-SO₂,S15-50TETA-11 cycles的FT-IR光譜圖和吸收峰位置

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

通過不同的物理表征方法，研究者還考察了混合吸附劑在循環實驗前后的結構變化。傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)表明：硝酸鹽能**胺基與SO₂的反應，防止了磺胺類化合物的形成。此外，通過密度泛函理論(DFT)計算研究了硝酸根摻雜對混合吸附劑抗SO₂干擾影響的機理。結果表明，將硝酸鹽引入TETA后，SO₂與仲胺-N(2)H之間的結合能和凈電荷轉移量分別降低了6.3%和22.1%。

圖4. 優化SO₂與TETA(a, b)和[TETA][NO₃](c,d, e)中胺基的相互作用構型及結合能（灰色: C; 紅色: O;藍色: N; 白色: H; 黃色: S）

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

圖5. S15-50[TETA][NO₃]在SO₂為150 ppm、NO為150 ppm、RH為100%、CO₂為15%、N₂為313 K、N₂蒸汽為373 K、脫附30 min時的CO₂捕集再生性能

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

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