N-甲基乙醇胺改性碳气凝胶的热稳定性与循环吸附性能研究：面向高温高压CO2捕集的材料设计

本文推荐：研究通过湿法浸渍制备N-甲基乙醇胺（NMEA）改性碳气凝胶（CA），系统评估其热稳定性（200°C内稳定）和循环性能（10次循环效率87%）。创新性揭示了氨基基团因不完全分解导致的活性位点衰减机制，为开发高效胺功能化CO2吸附剂（CCUS技术核心）提供理论指导，对解决工业烟气减排（如温室效应）具有重要应用价值。

　　

Highlight
胺功能化吸附剂是降低CO₂排放的有效途径，但兼具高吸附容量和循环稳定性的材料开发仍是挑战。本研究采用N-甲基乙醇胺（NMEA）改性碳气凝胶（CA），发现15 wt% NMEA负载量下材料在10次循环后仍保持126 cm³/g吸附量，循环效率达87%。

Thermal stability study of NMEA-modified carbon aerogels
吸附剂的热稳定性直接影响其再生能力。热重分析（TGA）显示，CA在25-800°C氮气氛围中仅失重5%，而NMEA-CA在200°C内保持稳定——高温下NMEA通过羟基与CA形成氢键，抑制了胺挥发。200°C后因NMEA分解出现阶梯式失重，但15% NMEA-CA残炭率仍高达70%，显著优于其他胺类改性材料。

Cycling stability analysis
10次吸附-脱附循环中，15% NMEA-CA的CO₂吸附量仅下降13%。机理研究表明：吸附生成的氨基甲酸盐不完全分解导致-NH基团减少，活性位点逐渐失效。有趣的是，CA的刚性骨架有效缓冲了胺分子膨胀，而NMEA的短链结构降低了黏附团聚风险。

Conclusion

1. CA基底具有优异热稳定性（800°C内无显著失重）；
2. NMEA-CA在200°C下结构稳定，15%负载量实现最优循环性能；
3. 氨基甲酸盐残留是循环效率衰减的主因。该材料在高温高压烟气处理中展现巨大应用潜力。