英文原题：NMR Techniques and Prediction Models for the Analysis of Species Formed in CO2 Capture Processes with Amine-Based Sorbents: A Critical Review

通讯作者：张瑞, 湘潭大学; 罗潇, 湖南大学; Barzagli Francesco, 意大利国家研究理事会NRC

作者：Xiayi Hu (胡夏一), Qian Yu (於倩), Francesco Barzagli, Chao’en Li (李朝恩), Maohong Fan, Khaled Gasem, Xiaowen Zhang (张晓文), Elenica Shiko, Mi Tian, Xiao Luo (罗潇), Zhaogang Zeng (曾召刚), Liu, Yang (刘阳), Rui Zhang (张瑞)

近日，在有机胺溶剂化学吸收法捕获二氧化碳研究领域，湘潭大学化工学院胡夏一副教授团队联合来自国内外多所高校、研究机构及企业的学者及工程师，针对多种类型的有机胺溶剂在水溶液、非水溶液中的定性定量分析方法进行了综述，最新发表于ACS Sustainable Chem. Eng.期刊。

该综述论文探讨了NMR核磁共振波谱分析技术、pH+NMR联合分析技术和模型预测三种方法在不同类型胺溶剂体系中的研究应用情况。选择适当的分析技术可以准确地获得CO₂在胺溶液中的反应情况，通过定性分析CO₂被不同类型的胺溶液吸收后所形成的离子种类，可以推测在该类型胺溶剂液中可能发生的化学反应(图1)，从而帮助研究者更好更快地了解、掌握胺溶剂与CO₂反应的基础科学问题。特别是对于分子结构中含有多个反应位点N原子的多胺溶剂，与CO₂反应后体系中的离子种类、含量及变化趋势对分析各反应位点在CO₂吸收过程中的协同及竞争关系，具有重大科学参考意义。此外，对于影响溶剂再生热能消耗较大的氨基甲酸酯与HCO₃^-两种离子的浓度分布进行分析，获取这两种离子的协同转化关系，对有效降低CO₂解吸过程的热负荷和提高热效率具有重要工业参考价值。

图1. 伯胺与二氧化碳的反应过程

NMR光谱分析主要有氢谱和碳谱(图2)，氢谱分析较快速且可靠，但无法测出碳酸(氢)根离子，碳谱可以对大部分的离子进行定性定量分析，也可用于较复杂的体系，因此其应用更加广泛。在碳谱分析中，本综述主要讲述了两种碳谱分析方法：盐酸滴定辅助的NMR分析方法和碳分类的NMR分析方法。pH+NMR联合分析适用于293～308K的温度范围内，在一定温度下，此方法先通过各反应的平衡常数和氢离子浓度计算出游离胺、质子化胺、碳酸根和碳酸氢根的浓度，再使用NMR碳谱分析得出氨基甲酸酯的浓度(图3)。最常用于二氧化碳-胺-水体系的模型是K-E模型，此模型需要用到二氧化碳的分压、亨利常数等数据，受温度的影响较大，且要求体系处于理想状态。

图2.基于¹³C NMR谱图及¹H谱图的MEA-CO₂-H₂O体系的定性分析

图3. pH-NMR联合分析技术对MEA-DEAB-CO₂-H₂O体系的定量分析

在简单的二氧化碳-胺-水体系里，用NMR光谱分析(其中碳分类的NMR分析方法)测定反应过程中各离子相对浓度的变化是最简单有效的办法，但在复杂体系中则需要视具体情况而定。综上，定性定量分析技术的应用不仅有助于分析胺溶剂与CO₂的反应机理，更可以为高效胺溶剂的设计提供基础支撑信息。