近日，化工学院项曙光团队在化工领域权威期刊AIChE Journal发表题为 “Reversible MDEA-based deep eutectic solvents capture CO2: experiments and molecular mechanisms” 的文章。2023级研究生侯艳为论文第一作者，夏力教授、李国选教授为论文通讯作者，青岛科技大学为论文第一单位。
甲基二乙醇胺（MDEA）基低共熔溶剂是绿色碳捕集领域极具潜力的核心技术方案。本研究基于 COSMO‑SAC 模型筛选，成功制备出两种新型三元 MDEA 基低共熔溶剂（DES1、DES2），结合多尺度实验表征与分子动力学模拟，系统揭示了其高效可逆捕集 CO₂的性能规律与分子作用机制。
图一 基于 MDEA 的低共熔溶剂捕获二氧化碳的研究方法
相较于传统胺类吸收剂，该体系可有效克服再生能耗高、腐蚀性强、循环稳定性差等痛点，实现在温和条件下对 CO₂的高效可逆捕集。实验结果显示，在50 wt% 含水率下，DES1 与DES2 的CO₂最大吸收容量分别可达0.1237 g CO₂/g DES 和0.1016 g CO₂/g DES，黏度显著降至14 mPa・s 与9.6 mPa・s；经 5 次吸收‑解吸循环后，DES1 仍保持 82% 的初始吸收效率，展现出优异的工业应用潜力。
研究通过核磁共振与分子动力学模拟，明确了 “物理吸附 + 化学反应” 的协同捕集机理：DES1 中乙醇胺（EAE）与 CO₂反应生成氨基甲酸酯，MDEA 作为核心组分捕获质予以推动反应正向进行，分子模拟进一步证实了MDEA 与CO₂间的强相互作用。同时，研究确定50 wt% 为最佳含水率，可在降低黏度、提升传质效率的同时，避免活性位点被过度稀释。
图二 两种50 wt% DESs和50 wt% DESs + 二氧化碳的1H NMR谱图(A)，两种50 wt% DESs和50 wt% DESs + 二氧化碳的13C NMR谱图(B)
图三 以 MDEA 为中心分子的三元 DES1 体系空间分布函数 (SDF) 可视化
本研究为绿色高效碳捕集技术的工业化升级提供了重要实验依据与理论支撑，相关成果将助力 “双碳” 目标的实现。以上研究得到了山东省泰山学者基金和山东省青年科技创新支持计划、山东省重点研发计划、化工过程模拟与优化工业软件重点实验等资助。
文章DOI：10.1002/aic.70296
