科技日报记者 韩荣
在火力发电、钢铁冶炼等行业排放的工业烟气中，不仅含有二氧化碳，还夹杂着大量水蒸气。传统吸附材料往往因“怕潮”失效——水蒸气会抢先占据吸附位点，导致二氧化碳捕集效率大幅下降。近日，中国科学院山西煤炭化学研究所李磊研究员团队联合太原理工大学李聪明教授团队，开发出一种经乙二胺四乙酸（EDTA）改性的新型Mg-MOF-74吸附剂，在“高湿环境”下仍能高效“抓碳”，为工业碳捕集技术提供了新方案。相关成果在线发表于《化学工程杂志》。
MOF（金属有机框架）材料是一类具有规则多孔结构的“分子海绵”，其中Mg-MOF-74因拥有大量“开放金属位点”，原本就是二氧化碳吸附领域的“优等生”。但遇到潮湿烟气时，水分子会像“不速之客”般抢占这些位点，让材料“英雄无用武之地”。如何让它在潮湿环境中保持“战斗力”？研究团队想到了给材料做双位点调控改造。
李磊介绍，研究团队采用“混合配体”策略，将EDTA这种常见的多齿螯合剂，部分替换原有的有机配体，嵌入到Mg-MOF-74的骨架中。这一操作既保留了材料原本的一维孔道结构，又巧妙改变了镁离子的“配位环境”，还成功引入了多个未配位的氧原子。
“这相当于在材料的‘分子口袋’里新增了一批‘辅助抓手’。”李磊解释，这些新引入的氧原子与水分子“亲和力”更强，能优先“抓住”水分子，在孔道内编织成一张稳定的氢键网络。
这张“网”有何妙用？李磊表示，通过原位红外光谱检测、理论计算和分子模拟，研究团队发现被“固定”的水分子不会乱跑抢占二氧化碳的吸附位点，反而会在局部营造出更有利于二氧化碳富集的微环境。同时，它们还能促进碳酸盐、碳酸氢盐的生成，进一步提升二氧化碳的吸附能力。这就像在“分子口袋”里划分了不同“功能区”，水分子待在“专属区域”，二氧化碳则被“引导”到开放金属位点，两者互不干扰。
李磊表示，该双位点策略有效缓解了水蒸气对开放金属位点的竞争吸附，提高了材料在高湿环境中的二氧化碳吸附性能，为新型抗湿MOF吸附剂的设计提供了新思路。
网友评论
