CO2在氨基改性MIL-101(Cr)中吸附的分子模擬

王之婧 王俊超 趙行樂 馬正飛

(南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210009)

0 引 言

石油類燃料需求的日漸增大不但造成了城市空氣污染，同時(shí)使空氣中的CO2濃度急劇增加，在1960～2018年間大氣中的CO2濃度已從約310 mL·m-3上升到 410 mL·m-3[1]，導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”日益嚴(yán)重[2]。因此，需要開發(fā)一種高效捕集CO2的方法。吸附法因其投資少、操作方便、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，是目前常用的CO2捕集技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于氣體吸附領(lǐng)域。吸附劑是吸附法的關(guān)鍵所在。因此，開發(fā)高性能CO2吸附劑，是提高捕集CO2效率的有效手段。

常見的CO2吸附劑有活性炭、沸石分子篩、金屬有機(jī)骨架材料(metal-orLanic frameworks，MOFs)等多孔材料。其中MOFs是由過渡金屬離子與有機(jī)配體配位形成的具有三維孔道的新型多孔材料，通過使用各種有機(jī)連接體和金屬離子，可以合成具有不同結(jié)構(gòu)特征和孔形狀的MOFs，并用于催化、吸附分離、氣體儲(chǔ)存及藥物運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域[3-7]。自從1998年YaLhi等[8]首次報(bào)道了CO2在MOF-2中的吸附以來，人們已經(jīng)對(duì)CO2在不同MOFs中的吸附進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和模擬研究。DenL等[9]合成的ML-MOF-74吸附劑，在 298 K，100 kPa下可吸附高達(dá) 8.61 mmol·L-1(37.8%，w/w)的 CO2，是 13X 沸石分子篩的2.61倍。ZhonL等[10]的研究表明MOFs骨架原子和CO2之間的靜電相互作用使CO2在低壓下的吸附量提高20%～30%，但在高壓下只有幾個(gè)百分點(diǎn)。

Babarao和JianL[11]通過采用巨正則蒙特卡洛(GCMC)模擬發(fā)現(xiàn)，改變金屬氧化物、有機(jī)配體、官能團(tuán)和骨架拓?fù)淇梢蕴岣進(jìn)OFs對(duì)CO2的吸附容量。其中，含有堿性氨基的MOFs對(duì)酸性氣體分子表現(xiàn)出強(qiáng)親和力，是提高CO2吸附容量的有效方法。有2種方法可以將氨基……