日本研究團隊開發 PILs 材料 CO2 吸附能力提升 7 倍

日本研究人員開發出一種新型碳捕獲材料，僅透過改變其反離子的大小，即可大幅吸收更多二氧化碳。日東紡（Nitto Boseki Co., Ltd.）與東北大學的聯合研究團隊發現，經精心設計的多離子液體（polyionic liquids，或稱 PILs），在純化和離子交換後，能顯著提升 CO2 吸附性能。研究人員指出，這種材料相較原始原料，其 CO2 吸附容量最高可達七倍。

這些發現有助改善未來碳捕獲系統及氣體分離膜。

較大反離子提升 CO2 捕獲

從工業排放中捕獲二氧化碳，仍然是減低溫室氣體排放的主要技術挑戰之一。PILs 成為有前景的候選材料，因為它們能選擇性與 CO2 互動，同時以固態形式保持穩定。然而，研究人員表示，常規合成方法會殘留無機鹽雜質，干擾性能評估及材料效率。為解決此問題，團隊開發純化程序，完全移除 PILs 中的殘餘無機鹽。透過 SEM-EDX 分析，研究人員確認最終材料中已移除氯及其他反應副產物。

研究人員隨後檢視不同反離子對 CO2 吸附行為的影響。他們以三種大小遞增的反離子取代氯離子：乙酸根、硫氰酸根及三氟甲磺酸根。實驗顯示，較大反離子持續提升材料的 CO2 吸附能力。根據研究，使用最大反離子的 PIL 展現最高 CO2 吸附量，較未經處理的起始材料高出七倍。 團隊特別針對聚(二烯丙基二甲基銨氯化物）（poly(diallyldimethylammonium chloride），簡稱 P[DADMA][Cl]）進行研究，此材料具高密度正電荷。

研究人員指，合成過程中無機鹽形成的殘餘金屬離子，在先前研究中未獲充分檢視，這些雜質可能掩蓋材料的真實吸附能力。透過消除這些污染物，研究人員觀察到反離子大小與 CO2 吸附性能的更清晰關係。 此研究亦為未來碳捕獲材料建立設計策略。工程師可透過精準調節反離子大小及純度水平，提升性能，而非僅依賴新型聚合物化學。除了碳捕獲裝置，這些發現亦可支持工業用先進氣體分離膜的開發。

研究人員相信，此方法有助改善捕獲大氣二氧化碳及工廠、電廠排放的技術。此研究刊登於 Reaction Chemistry & Engineering。