含有超支化PAMAM多孔水凝胶的制备及其CO2捕获

作为大气中主要的人为温室气体，CO2气体已被大量排放，主要是由于人类活动的主要能源化石燃料的燃烧和其他化学过程。因此，从发电厂捕获和储存二氧化碳气体是减少二氧化碳排放的一个紧迫而重要的问题。目前从烟道气中捕获二氧化碳的技术涉及使含二氧化碳的烟道气流通过吸收塔中的胺类溶液，例如乙醇胺(MEA)，然后通过在汽提塔中加热以释放二氧化碳来再生胺类溶液。这种采用烷醇胺溶液的“湿擦洗”方法自20世纪80年代开始在工业上应用，适用于大规模去除CO2。然而，总溶液的再生需要相当大的能量消耗，此外还需仔细控制烷醇胺溶液以避免腐蚀和氧化降解。

工业烟气中含有相当数量的水蒸气，而这些类型的吸附剂易受潮，导致其吸附能力和耐久性降低。为了利用湿式洗涤和干式吸附剂的优势，韩国科学技术院、韩国交通大学的Sang Youl Kim等人设计了一种在水相中工作的水凝胶吸附剂。由于胺类在湿法洗涤过程中通过与二氧化碳形成氨基甲酸酯和碳酸氢铵而被证实是二氧化碳吸收剂，因此采用聚先按胺(PAMAM)作为关键功能材料。PAMAM丰富的仲胺和受阻胺基团有望提供高的CO2吸附能力。以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）和乙二胺（EDA）为单体，采用油包水包油（O/W/O）悬浮聚合方法，制备了吸收CO2的新型超支化PAMAM多孔水凝胶颗粒。作者将双乳液方法引入传统的反相悬浮聚合中，合成了大孔水凝胶颗粒。通过简单改变油包水包油（O/W/O）悬浮聚合的搅拌速度，可控制颗粒大小和大孔的大小，这表明该合成方法具有较高的大规模适用性。合成的多孔PAMAM水凝胶颗粒含有许多已知与CO2循环作用的胺官能基。CO2吸附实验表明，多孔水凝胶颗粒对于CO2的吸附量为104.4 mg/g，与高性能干态吸附剂相当。MBA和EDA的O/W/O悬浮聚合易于放大，没有副产物，该多孔水凝胶颗粒在烟气中捕集CO2具有实际应用价值。

图. 多孔HPAMAM的合成及CO2捕获示意图

文献来源：Hojung Choi, Sanghwa Lee, SeongUk Jeong, Yeon Ki Hong and Sang Youl Kim*. Gels 2022, 8, 500.