科技创新

山西煤化所在CO₂吸附分离方面取得重要研究进展

发布时间:2026-06-18

近日,中国科学院山西煤炭化学研究所李磊研究员团队与太原理工大学李聪明教授团队合作,成功开发了一种EDTA改性的Mg-MOF-74吸附剂,材料在含水烟气条件下CO₂吸附取得重要研究进展。该研究通过混合配体策略将乙二胺四乙酸(EDTA)引入Mg-MOF-74骨架,精准构筑了CO₂/H₂O双吸附位点,在孔道内形成有利于CO₂吸附的局域氢键网络,显著提升了材料在高湿环境下的二氧化碳捕集性能。相关研究成果以“Dual-site engineering in EDTA-modified Mg-MOF-74 for effective CO₂ capture under humid conditions”为题发表于《Chemical Engineering Journal》期刊。

Mg-MOF-74因具有丰富的开放金属位点而表现出优异的CO₂吸附能力,但在实际烟气环境中,水蒸气会优先占据吸附位点并导致材料性能下降。针对这一问题,研究团队创新性地采用混合配体调控策略,将EDTA部分取代原有有机配体,在保持MOF-74一维孔道结构的同时改变Mg配位环境,并引入未配位氧原子。结构表征结果表明,EDTA成功进入骨架并形成新的极性微环境,构筑了开放Mg²⁺位点与EDTA氧位点协同作用的双吸附中心。

吸附性能测试表明,在模拟湿烟气条件(15/85 CO₂/N₂、314 K、86% RH)下,其CO₂吸附量达到3.92 mmol·g⁻¹,约为原始Mg-MOF-74的两倍,并表现出优异的循环稳定性和抗湿性能。

原位红外光谱、密度泛函理论(DFT)计算以及GCMC模拟结果表明,EDTA引入的未配位氧位点能够优先吸附水分子并形成稳定的氢键网络,在孔道内构筑有利于CO₂富集的局域微环境;同时促进碳酸盐和碳酸氢盐物种生成,从而增强CO₂吸附能力。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CO₂吸附性能,为新型抗湿MOF吸附剂的设计提供了新思路。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177531


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