化石燃料產(chǎn)生的能量極大地促進(jìn)了工業(yè)化的發(fā)展和人類生活水平的提高。在此過程中產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)是全球變暖的主要原因。烷醇胺作為二氧化碳捕獲和分離的液體吸附劑，是行業(yè)中最成熟的方法，但是會(huì)腐蝕設(shè)備并危害環(huán)境和人體健康。因此，有必要尋找可行的二氧化碳捕獲和存儲(chǔ)技術(shù)(CCS）來(lái)減少碳排放，從而防止全球氣候發(fā)生極端變化。
金屬有機(jī)骨架（MOF）是一種三維網(wǎng)絡(luò)狀多孔晶體材料，由金屬離子和有機(jī)配體有序組裝而成。MOF由于其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)而具有許多有趣的性能（包括超低密度，超高表面積，可調(diào)節(jié)的孔隙率和可官能化的框架結(jié)構(gòu)等）。目前，MOF已成功應(yīng)用于氣體燃料存儲(chǔ)、選擇性氣體分離、催化、傳感、生物醫(yī)學(xué)和超級(jí)電容器等眾多領(lǐng)域。
中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所李幫經(jīng)研究員課題組與四川大學(xué)張晟教授合作報(bào)道了一種可以通過超聲法快速制備的氨基官能化的β-環(huán)糊精-MOF材料，并將其用于二氧化碳的吸附和選擇性氣體分離。
氨基官能化的β-環(huán)糊精-MOF材料(NH2-β-CD-MOF)的二氧化碳吸附能力能夠達(dá)到12.3 cm3/g，是β-CD二氧化碳吸附能力的10倍。值得注意的是NH2-β-CD-MOF與已報(bào)道的材料相比，具有出色的吸附選擇性CO2/N2（947.52）。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，理想的MOF吸附材料應(yīng)該在水存在下仍然能夠具有良好的吸附能力和選擇性。氨基作為極性官能團(tuán)的引入，不僅可以提高M(jìn)OF的氣體選擇性吸附，并且發(fā)現(xiàn)氨基可以競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合外來(lái)水分子，提高了NH2-β-CD-MOF的水穩(wěn)定性。NH2-β-CD-MOF不僅原料價(jià)格便宜、綠色無(wú)毒，并且可以通過二次超聲法進(jìn)行回收利用。NH2-β-CD-MOF經(jīng)多次回收循環(huán)測(cè)試仍具有較高的二氧化碳吸附能力。該論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所碩士研究生徐龍，以上成果以“Amino-functionalized β-Cyclodextrin to Construct Green Metal-Organic Framework Material for CO2 Capture”為題，發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)期刊ACS Applied Materials & Interfaces (DOI: 10.1021/acsami.9b20003).
NH2-β-CD-MOF吸附二氧化碳的示意圖