TEPA调控AMP-DGDE水溶液相变吸收CO<sub>2</sub>性能及机理

刘超; 王丹; 梁美贞; 周小斌

doi:10.12030/j.cjee.202305103

TEPA调控AMP-DGDE水溶液相变吸收CO₂性能及机理

1.
桂林理工大学环境科学与工程学院，桂林 541004
2.
广西环境污染控制理论与技术重点实验室，桂林 541004
3.
岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心，桂林 541004

作者简介: 刘超 (1999—) ，男，硕士研究生，1421419358@qq.com

通讯作者: 周小斌(1990—)，男，博士，副教授，zhouxiaobin@glut.edu.cn

基金项目:
国家自然科学基金资助项目 (22006027) ；广西自然科学基金资助项目 (2023GXNSFAA026381)
中图分类号: X701

Performance of phase change CO₂ absorption in TEPA-regulated AMP-DGDE aqueous solution and its mechanism

1.
College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China
2.
Guangxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control Theory and Technology, Guilin 541004, China
3.
Collaborative Innovation Center for Water Pollution Control and Water Safety in Karst Area, Guilin 541004, China

Corresponding author: ZHOU Xiaobin, zhouxiaobin@glut.edu.cn

摘要: 相变吸收剂在降低CO₂捕集能耗方面具有较大优势，但现有吸收剂普遍存在再生性能差的问题。基于2-氨基-2-甲基-1-丙醇 (AMP) 的吸收剂再生性能优异，但通常难以发生相变。利用四乙烯五胺 (TEPA) 作为相变调控剂引入AMP-二乙二醇二甲醚 (DGDE) 水溶液，构建了具有良好再生性能的新型相变吸收剂AMP-DGDE-TEPA。在最佳配比下，AMP-DGDE-TEPA的吸收负荷可达0.88 mol∙mol⁻¹，其中97.6%的CO₂富集于溶液下层，下层体积仅占总体积51%。经7次吸收-解吸循环，吸收剂的吸收负荷仍能保持0.63 mol∙mol⁻¹，再生效率为71.6%。¹³C核磁共振结果表明，AMP与CO₂反应生成易于分解的碳酸氢盐，因而吸收剂具有良好的再生性能；而TEPA的引入可使系统中生成稳定的质子化TEPA和氨基甲酸盐。质子化TEPA和氨基甲酸盐具有高极性，可打破吸收剂原有的均相状态，促使吸收剂发生液-液相变。相比于DGDE，H₂O和极性反应产物之间具有更强的相互作用力，这些物质聚集形成CO₂富相，而DGDE则单独形成CO₂贫相。此外，AMP-DGDE-TEPA的再生显热和潜热仅为0.33和0.43 GJ∙t⁻¹ CO₂，具有良好的节能潜力。该研究结果可为高效低能耗碳捕集材料的制备提供参考。
- CO₂捕集 /
- 相变吸收剂 /
- 2-氨基-2-甲基-1-丙醇 /
- 四乙烯五胺 /
- 相变机理
Abstract: Phase change absorbents have great advantages in reducing the energy consumption of CO₂ capture, but the existing absorbers generally suffer disadvantages in regenerability. 2-Amino-2-methyl-1-propanol (AMP)-based absorbents have excellent regeneration performance but are generally difficult to undergo phase change. In this study, tetraethylenepentamine (TEPA) was introduced as a phase change regulator into AMP-diethylene glycol dimethyl ether (DGDE) aqueous solution, aiming to develop a new AMP-based phase change absorbent with good regeneration performance, namely, AMP-DGDE-TEPA. Under the optimal ratio, the absorption loading of AMP-DGDE-TEPA reached 0.88 mol∙mol^-1, of which 97.6% of the absorbed CO₂ was enriched in the lower phase with only 51% of the total volume. After 7 cycles of absorption-desorption, the absorption loading of AMP-DGDE-TEPA remained at 0.63 mol∙mol^-1, and the corresponding regeneration efficiency was 71.6%. The species in the CO₂-loaded A-D-T solution were identified by ¹³C nuclear magnetic resonance technique. AMP reacted with CO₂ to produce bicarbonate species that was easy to decompose, ensuring the good regenerability of AMP-DGDE-TEPA. Meanwhile, with the introduction of TEPA, stable protonated TEPA and TEPA-carbamate formed in the AMP-DGDE-TEPA system. The results of quantum chemical calculations indicated that protonated TEPA and TEPA-carbamate were highly polar, which broke the original assimilation state of AMP-DGDE-TEPA and drove it to undergo phase change. Since H₂O had strong affinity to polar reaction products, they gathered together to form the CO₂-rich phase, while DGDE showed a relatively weak affinity to polar reaction products and was solely separated from the solution to form the CO₂-lean phase. During desorption, the sensible and latent heat of AMP-DGDE-TEPA was calculated to be 0.33 and 0.43 GJ∙t^-1 CO₂, which indicated the good energy-saving potential of AMP-DGDE-TEPA.
- CO₂ capture /
- phase change absorbent /
- 2-amino-2-methyl-1-propanol /
- tetraethylenepentamine /
- phase change mechanism
产业是经济发展的基础，产业升级和科技创新是我国最近几年的重点工作。近年来，我国的研发投入每年都在平稳且快速增长，与越来越高的研发经费对应的却是并不匹配的科技成果转化率。目前我国的科技成果转化率10％～30％被应用于实际生产中，真正产业化的科技成果还不到20％，远低于发达国家40% 的水平^[1]，生态环境科技领域的成果尤甚。诸多科技成果长期处于隐匿于书架，作为商品难以走向货架，大部分优秀的生态环境前沿科技的成果都只能停留在科学层面。现在中国已经在由环境集中治理阶段逐步转向减污降碳和绿色生态阶段，国家生态环境科技成果应用的需求十分迫切。

分析现有生态环境产业的投资情况，总投资不足和缺少完善的资金投入机制是最大的问题。由于生态环境成果的科技成果转化在中间试验和产品化阶段需要大量的前期资金支持，生态环境科技成果转化工作经常面临资金不足的困境，大量科技成果转化都受制于此。我国70%以上的生态环境资金来源于政府或公共部门，投资相对受限，难以满足科技成果转化需求。在科技孵化领域，新建中小企业自有资金非常有限，融资渠道狭窄困难，空有技术、市场难以形成规模化的产业，生态环境科技成果产业化路径受阻。因此政府成立产业基金，利用有限的金融资源带动市场，促进生态科技成果转化。如何利用现有生态环境科技成果，借助基金等金融力量将产生的科技创新市场化，完善投资机制，提升创新动力获取收益，维持行业的良性发展，是创新新格局、引领高质量发展的关键。

1.   研究背景

科技是潜在生产力，也是提高社会生产力和综合国力的根本动力之一。世界各国也纷纷出台各类科技政策促进科技成果转化，建设科技成果转化的生态体系。生态环境产业中的先进生态环境产业从“十二五”开始就被确定为是中央和地方的配套支持政策确定的7个国家战略性新兴产业之一，承担着技术改造、改善发展结构、振兴经济的重任。生态环境产业虽然是战略性新兴产业，但投资高、投资周期长、投资前景不明显、缺乏核心技术、市场发展缓慢等特点使其不受资本市场的青睐。直接导致生态环境产业虽然整体市场规模巨大，但资金来源还是以政府为主，整体投资不足市场障碍较多，生态环境科技转化困难。2022年4月，中央全面深化改革委员会第二十五次会议上明确要求加快推进金融支持创新体系建设，促进科技成果转化，从推进国家科技成果转化产业基金改革、充分发挥金融机构对科技成果转化的支持作用和坚持市场化导向3个方面贯彻落实^[2]。

在生态环境科技金融中，众多原因导致了行业资本市场的复杂性。一方面，我国经济改革起源于计划经济，所以地方政府掌握着大量土地、金融、国有企业等资源，在金融市场中政府与实业投资难以完全分离。由于实业投资的连续性、复杂性和不可逆性，政府的介入必然也是深度的，和企业产生复杂密切的关系，不易退出。另一方面，由于环保的公益属性，生态环境市场发展早期的环保投资需要由政府主导推进，引导生态环境技术方向，保障污染治理的成效。所以资本市场上常见对高科技企业风险投资基金在移植和适应我国的政治经济土壤的过程中，产生了政府生态环境产业基金。生态环境产业基金是由地方政府设立，按市场化方式运作，在生态环境上下游产业进行引导性投资的政策性基金，可以引导市场的发展方向，改善市场投融资环境，助力战略新兴企业成长，提高政府资金使用效率。

2.   我国生态环境产业基金运行主要存在问题

生态环境产业基金作为地方政府投资高新产业的方式，与传统地方政府投资企业方式相比有3个特点：（1）大多数生态环境产业基金不直接投资企业，而是通过投资市场化私募基金的方式间接投资企业。由于私募基金中不止有生态环境产业基金还有其他社会资本，有限的政府基金就可以通过投资私募基金的方式撬动更多社会资本投资目标产业，起到引导市场发展方向的作用；（2）把生态环境产业基金交给市场化的基金管理人运作，实质上是借用市场力量去使用财政资金；（3）大多数生态环境产业基金的最终投向都是具有市场前景技术的战略新兴企业，而不允许投向基础设施工程类项目，与常见的PPP模式不同。

2005年后，我国参考国际的生态环境产业基金开始陆陆续续成立生态环境产业基金，基金为生态环境领域的技术创新和产业化提供了大量金融帮助，取得了不错的反响，但依然存在部分问题导致生态环境科技成果产业化进度缓慢。

2.1   生态环境产业总投资不足，参与的社会资本活跃度低

我国的生态环境产业起步较晚，在现阶段生态环境产业属于政府主导的产业，第三方市场不明朗。因为生态环境产业具有很强的公益属性，政府部门是生态环境治理技术的主要需求方，政府的政策调整对于生态环境产业发展影响难以忽视，市场发挥的调控作用有限，市场资本难以介入。市场资本力量的缺失使得生态环境产业整体上投资不足，尤其是地方的生态环境产业，且投入上整体以科研为主，研究应用投入不足。目前用于成果转化应用方面的资金缺口仍很大。多渠道筹措成果转化资金的机制尚未完全形成，经费不足成为制约成果转化的重要因素。科技成果转化的市场运行机制不畅。

2.2   研发与市场供需错位，有限资金难以投入到产业化

高等院校、科研院所等科研单位是科技成果的供给主体，但科研单位在课题设计和科研成果研发时更多关注的是研究成果的档次和水平^[3]，不能充分考虑成果产生后在生产上的应用状况，中间试验条件和手段缺乏^[4-5]。而作为成果主要应用方的环保企业，则缺少产业化动力。大部分环保企业特别是大型企业，不是以科技进步为扩张企业或增加效益的方式，对环境技术革新基本没有需求，缺少科技成果二次研发和市场化应用的内在动力^[6]。这样的研发动力和市场动力的不匹配使数量不多的资金主要集中在研发阶段和已有技术的重复建设上，资金难以分配到需要大量资金支持的中间试验阶段和产品化阶段，使得投资更显不足。并且供需双方的需求错位使自由市场上的资本也难以介入，投资热情降低，生态环境领域的第三方资本不活跃。

2.3   技术市场机制不健全，金融市场发展受限

金融市场上，科技成果转化市场机制和体系没有完全建立起来。（1）科技成果产业化体系是以公共服务体系为主，民营较少的体系，缺少科技成果转化需要的专业性人才。生态环境产业基金的专业管理人由于受到管理国有资产的限制，取得可观收益后无法如私募基金的管理人一样获得市场上同级别基金管理人的收益，可委托的基金管理人较少；（2）虽然原则上基金可以亏损，但管理过程中出现亏损难以向政府交代，所以一般投资的财务回报率并不重要，更多的是完成保值目标；（3）生态环境产业基金本质上还是由地方政府主导成立的产业基金，本质上还是地方政府的招商工具，而非纯粹的金融产品，在完成投资退出过程中还需要考虑资金流向问题，退出道路不顺畅。这3个原因使得现有生态环境基金整体不温不火。技术市场上，缺少具有收集多地信息或有针对性的第三方评估机构或中介机构。针对各地的环境现状及不同区域的财政状况等，目前生态环境产业的市场中存在许多不同的需求。由于污染源或污染程度的不同，当地企业发展对于技术的需求差异较大。而我国的生态环境产业投资中，缺少对接需求和攻击的技术中介平台，现有的技术中介机构质量参差不齐，无法对成果进行深层次的评估和咨询，难以匹配适合的场景和企业，也影响了生态环境科技成果转化成功率。对于市场的需求很难得到及时且准确的反馈，导致技术应用到中小型企业这个阶段的困难。

2.4   专利等无形资产评估转让机制尚不完善，科研人员对成果转化不积极

因为科研力量主要依赖于院校和科研机构，企业科研力量相对薄弱，技术创新能力差，所以突破性的科技成果大部分归属权都在高校和科研机构。而高校和科研院所属于事业单位，所产出的成果按照《事业单位国有资产管理暂行办法》属于国有资产^[7]，商业化道路涉及科技成果使用权、处置权管理机制。且专利等无形资产评估转让尚不完善，厘清复杂的使用权处置权后，在转让过程中大部分科研人员获得报酬较少，影响了科研人员在科技成果转化过程中的热情^[8]。

3.   国内外科技成果产业化模式研究

3.1   美国科技成果产业化模式案例

生态环境产业基金尚处于探索阶段，借鉴国际的生态科技成果产业化基金运行模式及经验尤为重要。美国从20世纪《拜杜法案》颁布开始，出台了一系列的科技成果转化政策，为美国的科技成果转化和研发提供了优渥的土壤，科技金融和各类基金在此过程中发挥了巨大的作用，产生了大量优秀科技成果转化案例。作为金融巨头，美国的科技成果转化和生态环境金融市场相对成熟^[9]，其中以美国清洁水州周转基金和美国超级基金较为典型。

美国清洁水州周转基金（Clean Water State Revolving Fund，CWSRF）是美国1987年建立的基金，为美国50个州和波多黎各自治区（Puerto Rico）的水污染相关项目提供了资金支持。基金由联邦政府和州政府按照83%和17%的份额注入作为基础资金，联邦、州与地方政府互相协作，由各州政府进行投资操作，是很多环境基础设施建设的重要资金来源，被称为“环境基础设施建设银行”。目前基金运转良好，在过去的35年已经为美国社会提供了约1630亿的资金援助，为超过46200个项目提供了低息贷款，是美国历史上最成功的联邦水质基金计划。美国清洁水州周转基金，见图1。

图 1 美国清洁水州周转基金（CWSRF）：环境基础设施建设银行

Figure 1. CWSRF: Infrastructure Banks

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清洁水州周转基金主要依靠向项目或企业提供低息或无息贷款，项目成功后或企业经营盈利后，资金以归还贷款和利息返还的方式回归到CWSRF基金循环中，偿还的贷款本金和利息收入被回收到各个州的CWSRF项目中，以资助新项目。基金按照优先水质相关项目的原则向其他企业或者项目分配新一轮贷款，使资金能够随着时间的推移在州一级的水质项目中完成“周转”。

CWSRF的主要目标是通过一系列的绿色工程项目，完成环境基础设施的建设、提高水资源使用效率等生态环境改善目标。各州基金通过贷款、再融资、购买或担保地方债务以及购买债券保险等各种CWSRF援助方式为水污染项目（如建设污水处理厂、点源污染溯源治理、国家河口相关工程和雨污分流工程等）提供资金。在具体贷款发放过程中，各州还可以根据需求和项目设定具体的贷款条款，比如还款利率设置范围可以从0到正常市场利率，也可以规定最多不超过30年的还款期，以便各州可以灵活地将基金的金融资源满足社会或环境需求。各州也可以自行设定项目的贷款条件，以满足小型企业或者需要政策倾斜区域的需求，或为某些类型的项目提供奖励。比如从2009年开始，美国国会授权CWSRF通过额外补贴（如赠款、本金减免和负利率贷款）为水质改善工程额外的金融援助。基金也会做一些短期投资项目来维持基金效益^[10]，各州还可以通过发行“平衡债券”（用周转基金中的1美元做担保发行2美元的债券）来增加可使用资金^[11]，吸引民间资本参与到清洁水项目的投资。

通过CWSRF参与的项目和低息贷款，企业可以通过低成本联合开发水污染技术并获得基金补助或者低成本建设水务设施，提高市场竞争力；购买债券的平民可以以相对低廉的价格购买市政债券获取更高的收益，并且当地水环境也会有所改善；政府通过企业的污染治理技术开发和水务设施建设完成环境治理任务，同时因为环境改善，需要政府投资的污染治理项目减少，所需要的财政支出也相应降低。

3.2   我国生态环境产业基金典型案例与探索

3.2.1   力合科创投资孵化基金——全链式特色金融投资和跟踪管理服务

深圳清华大学研究院主要由科研主体的清华研究院、高科技服务投资的力合科创、加速企业发展的孵化平台组成。力合科创是属于深圳清华大学研究院控股但相对独立的法人运作企业的第三方高科技投资服务机构，专门负责基金管理和股权投资，参与管理的政府引导基金或子基金有龙岗引导基金、力合天使基金、力合英飞基金和力合新能源基金。力合科创以股权投资和产业服务为手段，为科技成果转化、科技企业孵化和科技产业升级提供专业化金融服务，从而为基金出资人获取优异投资回报，为社会实现区域产业培育及产业升级。本研究以力合科创对深圳清华大学研究院的盐碱地治理改造项目的投资为研究案例，分析力合科创投资孵化基金在产业化过程中的作用。

盐碱地通过技术改良盐碱地可以大大增加可综合利用的土地面积，但利用石膏改良碱化土壤的前瞻理论因为天然石膏的物理性状不适合实际应用且成本很高，致使“石膏改良说”长期停留在理论研究阶段，无法发挥前沿科技的社会价值^[12]。清华大学的徐旭常院士与陈昌和教授在该理论的基础上尝试利用工厂排放的脱硫石膏改良碱化土地并缺取得了一定实验成效。为了将该技术应用到实际盐碱地上，清华大学将技术团队部分转移至深圳清华大学研究院。深圳清华大学研究院对技术成果进行了技术评价，确认技术具有产业化前景后由深圳清华大学控股的力合科创集团有限公司评估成果，通过管理的基金投资进行技术的市场应用二次开发，协助技术完成中试和联合研发并帮助成果的宣传及融资，拓宽金融渠道。经过二次开发待技术成熟后，由清华大学牵头，力合科创集团有限公司参与，组建华清农业开发有限公司，在力合科创基金和其他产业基金的支持下，技术成果得以在示范区的效果进行产业化推广和使用，并取得了显著的效果。在力合科创的投资及帮助下，获得多轮融资。经过20年的积累，最终电厂燃煤烟气脱硫废弃物改良盐碱地的核心技术的产业化取得了经济利益和社会效应的双丰收，一方面解决了中国耕地的有效利用，另一方面也解决了火电厂所产生的脱硫废弃物。华清农业在多地建立示范基地，供投资人及社会人员观察成效，于2011与华能集团公司签署《利用脱硫副产物改造盐碱地合作协议》着手大范围改造盐碱地，目前已改善盐碱土地数万亩，并已建立了4个万亩级的示范基地，覆盖全国13个省市。

在该案例中，力合科创的投资孵化基金对接研发平台中有潜力的项目，从技术转移阶段开始的跟踪投资和金融服务，投资技术完成适应市场的二次开发，帮助生态环境科技成果转化度过困难期，并在成果具备产业化市场的推广阶段通过自身对接市场的优势聚拢企业和其他产业基金资源，为成果的后续市场化铺平道路。其独立法人运作的全链式特色金融投资和基金管理服务机构在从科研到市场化产业链中发挥了重要作用。力合科创以成果产业化为出发点，为初创企业提供规划辅导、技术或产业链对接等服务，为传统企业提供产业转型和技术升级方案，为政府建设科技创新孵化体系加速经济转型，成为在高校科研院所和企业之间、市场产品之间的科研成果桥梁。研究院借力于科技特色的金融体制创新推出了一大批拥有自主知识产权、面向市场的科技成果，加速科技成果的转化，投资培育了战略性新兴产业的多家高科技创业企业及人才。此外，力合科创集团作为投资机构独立运营，不仅投资研究院项目，也与集团内业务板块联动，针对有前景的社会上的高新技术导向项目进行投资，利用市场推出机制或股权分红转让获得收益，最后以持股的方式反哺研究院成为新的一批研发资金。

清华大学学科平台优势与力合科创的金融助力相结合，研究所也由政府科研经费为主要资本转变为承接包括政府项目、企业咨询、技术创新产品开发的市场化合约经营。力合科创也成长为助力科技成果、投资孵化科技企业，专注战略性新兴产业投资的高科技金融公司。

3.2.2   源创基金——助力二次开发的天使类基金

水体污染控制与治理科技重大专项（以下简称水专项）是根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》设立的16个重大科技专项之一，经过多年的研究和工程验证，已经产生了千余项前沿专利技术。目前，水专项科技成果产业化过程中，虽然困难主要在从工程化到形成产品的产品化的瓶颈阶段，但实际大部分水专项技术成果都还是专利，并没有进入验证和工程阶段。为了让技术研究发挥其社会价值，各地政府建立了许多科技平台加速生态环境科技成果转化，设立了众多生态环境产业基金，扬子江生态文明创新中心的源创基金也是其中之一。

南京扬子江生态文明创新中心是由南京市政府、江苏省政府联合南京大学共同建立的集技术研发、平台建设、产业孵化、人才培养等功能定位于一体，建成的“政—产—学—研—用—金—介”深度融合的高水平科技创新平台和创新链产业链^[13]。扬子江中心目前主要的产业基金是源创基金。源创基金是由南京市科创基金（占30%）、区产业引导基金（占10%）和龙头企业联盟（占60%）共建的股权投资基金，按照市场化方式运作，以股权投资方式投向源创公司。基金筹资规模控制在1亿，分2～3期进行资金筹措，首期规模不低于总规模的20%，后续根据出资方案、投资进度和实际用款需要确定分期资金规模。基金投资期2年，每个技术项目总投资不超过400万元。天使类投资项目需具备前瞻性突破技术的原始技术创新或模式创新；项目处于二次开发试验阶段，需具备前瞻性的技术路线或前瞻性市场；水专项科技成果产业投资方式采取参股模式为主，融资担保模式为辅。

扬子江中心的源创基金主要面向就绪度较低但具备前瞻性、突破性与创新性的技术，投资标的选择处于工程化阶段或尚需二次开发的项目，主要为天使、初创期的低碳环保、绿色科技类项目。源创基金针对符合上述要求的创新项目进行投资，并由高校院所和新研机构共同组成的混合攻关团队根据市场需求进行二次开发及产业化。首先由技术专家筛选出部分符合国内环保产业前景的就绪度不足、需二次开发的优秀水专项技术，再与技术开发团队对接，探索技术实际应用前景，针对具备良好市场推广价值，以及前瞻性、先进性、创新性的技术，成立以研发团队为核心的源创公司，开展关键技术的二次开发、工程放大与应用示范，推动科技成果的转化落地并最终实现商品化和产业化。

扬子江源创基金的设立，有力推动了混合攻关团队对生态环境关键技术的二次开发、转化及产业化，支撑环保初创企业对相关核心技术、装备、材料等方面的需求，贯通科学研究、技术开发、产业孵化全链条，强化科技成果转化、知识产权共享、多元化资金投入，助力跨越环保产业科技成果转化的“死亡鸿沟”。

除源创基金外，扬子江中心设立专项科研资金，采用“拨投结合”的方式，对源创公司获得的源创基金投资金额，以最高1∶1比例匹配科研项目经费资助，共同推动生态环境关键技术成果转移转化与工程化应用。

4.   总结与建议

针对上述现状，结合国内外科技成果转化实践经验，围绕我国生态环境科技创新的薄弱环节：社会资本参与较少，行业总体投资不足；科研院所和企业人才内在驱动力不同，科研机构仅停留于论文，缺少和企业共同研发的动力，企业在能保证达标的情况下也缺少改善技术的动力；生态环境产业投资体系不成熟，对于生态环境科技成果评估缺乏成熟的第三方机构，且环保行业属于政府引导行业，政府在投资中扮演角色较重，参与环节较多，被投资企业很难保持相对独立的运作管理；专利等无形资产评估转让尚不完善，成果产业化成本较高且有潜在风险，障碍转化路径。有必要从国家层面在产业投资、人才合作、体系建设、法律法规等方面给予针对性地加强，推进完善我国生态环境科技成果产业化基金推广链条，发挥政府、企业、人才多方面作用，将“政产学研用”融合为一体。

4.1   合理分配投入资金，提高投资的广度和深度

基金分配方式上，投入更多在成果产业化，减少科研经费占投入的比重。比如拥有成熟产业化市场的美国科研经费与用于成果产业化的经费比例大约为3∶7。

从资金和政策上提供便利，鼓励发展企业运行管理的具有不同学科背景的第三方评估机构以及中介服务机构，积累第三方机构经验，完善市场机制。具有跨专业跨学科背景的第三方评估机构能结合市场了解对科技成果产业前景进行分析和估计，并从不同角度提出不同产品及适合的市场。通过协调科研机构和企业，基于市场需求和科研产品运用场景，第三方机构能沟通双方的问题更好地进行开发合作。同时在发展到一定规模的时候，中介机构可以利用资源帮助未成果化的成果联系有兴趣的企业，为科研成果提供途径，为企业提供创新技术。其次资金多层次投入，除了成熟传统环保产业外也投资创新型环保产业。主体目标首先是保证投资基金的可持续投资，经过团队评估后，投资大概率能适应市场可盈利的产品。在保证投入收益的基础上，多投资创新型科技成果产业，阶梯式投资，丰富投资层次减少风险。积累团队评估经验，发展出成熟的第三方评估机构，完善市场机制。对于高新技术成果产业化的科技企业，制定相应优惠政策，如减免相关企业前几天的税款，并为企业产品提供采购机会，为企业初期发展提供条件。

4.2   统筹科研机构和企业的创新成果内在驱动力，匹配供需

政府可以在通过项目的方式，促成高校科研院所与相关企业合作，对可能的成果和市场双方进行交流协商后提交申请。增进双方了解的同时，使科技成果在设计研究初始时对于市场有大概的估量，使之不脱离市场。同时企业对于科研成果有大致了解，便于开发应用于市场，减少二次开发投入和成本风险。

制定优惠政策吸引创业投资，鼓励本地中小型企业，投入一些大企业与中小企业合作项目或者大型企业与政府新兴科技的合作项目。加强政府企业或大型企业与新兴技术的合作，一些新兴技术可以由龙头企业带头应用，引导中小型企业对新技术的重视和应用。促进行业联盟成立，由大型环保企业牵头与中小企业共同参与，增进与科研机构的交流合作，提供交流平台和机会。

4.3   完善市场机制，扩宽融资渠道

国有资金与金融机构合作成立基金进行引导性投资，不参与企业的独立运作，降低投资风险的同时通过金融机构的信用担保机制建立良好的信用体系，促进市场成熟进程。完善专利担保和信用担保机制，允许科研成果所有方知识产权作价入股，降低中小企业融资门槛和前期投资成本，开拓专利融资渠道。建立社会和个人参与环保项目的投资渠道，让更多人参与市场，逐渐吸引资本进入行业。

从人才吸引和地方实施细则上，对于全国各地的政策需根据当地市场特色进行适当的差异化修正和完善，如在经济发展较好的省份地区积极与其他资本（如外资）开放合作，根据该地区生态环境产业特色发展相应科技成果。在部分地区涉及具体工程时可以参考PPP环保基金模式投资，捆绑高利润项目与低利润项目承包给企业，保证企业利润的同时调整了产业结构，促进行业内企业的健康发展。

4.4   改革国有知识产权归属和权益分配机制，激活科技成果转化的热情

进一步明确知识产权的法律依据，厘清、理顺与现行相关法律、条例中有关规定的关系，明确知识产权归属制度，完善发明人的权利保障机制，明确成果转化收益分配制度，形成以发明人为主体的成果转换体系和激励机制^[14]。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出“创新科技成果转化机制”改革国有知识产权归属和权益分配机制，扩大科研机构和高等院校知识产权处置自主权。完善无形资产评估制度，形成激励与监管相协调的管理机制"，同样是希望从政策上激活科技成果转化的热情。建立知识产权和科技成果产权交易体系，坚持市场化导向，探索推行知识产权证券化金融化的道路。

图 1 不同相变调控剂对AMP-DGDE水溶液的相变调控

Figure 1. Phase-change behavior of AMP-DGDE aqueous solution with different regulators

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图 2 不同相变调控剂对AMP-DGDE水溶液CO₂吸收和解吸性能的影响

Figure 2. The effect of different regulators on CO₂ absorption and desorption performance of AMP-DGDE aqueous solution

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图 3 不同DGDE/H₂O体积比下吸收剂的CO₂吸收性能

Figure 3. CO₂ absorption performance of absorbents with different volume ratios of DGDE to H₂O

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图 4 AMP-DGDE-TEPA的循环吸收性能

Figure 4. Cyclic absorption performance of AMP-DGDE-TEPA

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图 5 吸收剂的¹³C NMR谱图和主要物质的分子结构

Figure 5. ¹³C NMR spectra of the absorbent and molecular structures of main species

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图 6 反应前后各组分的偶极矩

Figure 6. Dipole moments of different components before and after the reaction

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图 7 反应产物与H₂O和DGDE的氢键作用

Figure 7. Hydrogen bonding of reaction products with H₂O and DGDE

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图 8 TEPA调控AMP-DGDE水溶液相变吸收CO₂示意图

Figure 8. Schematic diagram of the phase separation for CO₂ absorption in the TEPA-regulated AMP-DGDE solution

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表 1 不同AMP与TEPA摩尔比例下吸收剂饱和时的分相特性、CO₂负荷及再生效率

Table 1. Phase separation characteristics, CO₂ loading and regeneration efficiency of the CO₂-saturated solutions with different molar ratios of AMP to TEPA

AMP/TEPA	体积比		CO₂分布		粘度/(mPa·s)		吸收负荷/(mol∙mol⁻¹)	再生效率
AMP/TEPA	上层	下层	上层	下层	上层	下层	吸收负荷/(mol∙mol⁻¹)	再生效率
2.5 mol·L⁻¹ AMP	—	100%	—	100%	—	6.23	0.83	91.7%
2.4 mol·L⁻¹ AMP+0.1 mol·L⁻¹ TEPA	—	100%	—	100%	—	9.57	0.85	86.5%
2.3 mol·L⁻¹ AMP+0.2 mol·L⁻¹ TEPA	—	100%	—	100%	—	12.11	0.88	79.2%
2.2 mol·L⁻¹ AMP+0.3 mol·L⁻¹ TEPA	21%	79%	1.6%	98.4%	—	15.43	0.96	75.4%
2.1 mol·L⁻¹ AMP+0.4 mol·L⁻¹ TEPA	40%	60%	2.1%	97.9%	—	18.12	1.01	66.2%
2.0 mol·L⁻¹ AMP+0.5 mol·L⁻¹ TEPA	48%	52%	2.4%	97.6%	—	20.29	1.04	57.1%
注：DGDE/ H₂O: 1/1; V_solution: 25 mL; T_absorption: 40 ℃; T_desorption: 120 ℃; $Q_{{\rm{CO}}_2}$ : 80 mL·min⁻¹。

AMP/TEPA	体积比		CO₂分布		粘度/(mPa·s)		吸收负荷/(mol∙mol⁻¹)	再生效率
AMP/TEPA	上层	下层	上层	下层	上层	下层	吸收负荷/(mol∙mol⁻¹)	再生效率
2.5 mol·L⁻¹ AMP	—	100%	—	100%	—	6.23	0.83	91.7%
2.4 mol·L⁻¹ AMP+0.1 mol·L⁻¹ TEPA	—	100%	—	100%	—	9.57	0.85	86.5%
2.3 mol·L⁻¹ AMP+0.2 mol·L⁻¹ TEPA	—	100%	—	100%	—	12.11	0.88	79.2%
2.2 mol·L⁻¹ AMP+0.3 mol·L⁻¹ TEPA	21%	79%	1.6%	98.4%	—	15.43	0.96	75.4%
2.1 mol·L⁻¹ AMP+0.4 mol·L⁻¹ TEPA	40%	60%	2.1%	97.9%	—	18.12	1.01	66.2%
2.0 mol·L⁻¹ AMP+0.5 mol·L⁻¹ TEPA	48%	52%	2.4%	97.6%	—	20.29	1.04	57.1%
注：DGDE/ H₂O: 1/1; V_solution: 25 mL; T_absorption: 40 ℃; T_desorption: 120 ℃; $Q_{{\rm{CO}}_2}$ : 80 mL·min⁻¹。

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表 2 不同类型吸收剂的再生显热、潜热及试剂价格的比较

Table 2. Comparison of the Q_sen and Q_latent of different absorbents and the prices of chemicals used in absorbents

吸收剂	显热/ (GJ∙t⁻¹ CO₂)	潜热/ (GJ∙t⁻¹ CO₂)	化学试剂	价格/ (元∙t⁻¹)
质量分数30%的 MEA (本研究)	0.77	1.24	MEA	8 500
AMP-DGDE-TEPA (本研究)	0.33	0.43	AMPDGDETEPA	65 00020 00063 000
MEA-环丁砜-H₂O (相变吸收剂) ^[41]	0.32	0.63	MEA环丁砜	8 50020 000
TETA-四甲基丙二胺 (相变吸收剂) ^[42]	0.32	0.49	TETA四甲基丙二胺	56 00058 000
铜基单原子溶液 (单原子溶剂) ^[43]	0.25	-	三水合硝酸铜N,N-二甲基甲酰胺MEA	26 0004 5008 500
[DETAH][Tz] (离子液体) ^[44]	1.09	1.34	DETA三唑钠 (Tz)	29 00062 000

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图( 8) 表( 2)

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1. 研究背景
2. 我国生态环境产业基金运行主要存在问题
2.1 生态环境产业总投资不足，参与的社会资本活跃度低
2.2 研发与市场供需错位，有限资金难以投入到产业化
2.3 技术市场机制不健全，金融市场发展受限
2.4 专利等无形资产评估转让机制尚不完善，科研人员对成果转化不积极
3. 国内外科技成果产业化模式研究
3.1 美国科技成果产业化模式案例
3.2 我国生态环境产业基金典型案例与探索
4. 总结与建议
4.1 合理分配投入资金，提高投资的广度和深度
4.2 统筹科研机构和企业的创新成果内在驱动力，匹配供需
4.3 完善市场机制，扩宽融资渠道
4.4 改革国有知识产权归属和权益分配机制，激活科技成果转化的热情

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在众多的碳减排技术中，基于有机胺的化学吸收法具有吸收迅速、选择性好等特点，在CO₂捕集应用领域深受青睐^[1-2]。然而，传统有机胺吸收剂普遍存在再生能耗高的问题。如质量分数为30%乙醇胺 (MEA) 的再生能耗高达3.7 GJ∙t⁻¹ CO₂，其能耗约占碳捕获总能耗的50%~80%^[3-5]。高再生能耗限制了有机胺化学吸收法的推广和应用。

近年来，相变吸收剂因其巨大的节能潜力而受到广泛关注。该吸收剂在吸收CO₂之前是为均相溶液，吸收CO₂后会分离成不相溶的两相，CO₂主要富集在其中一相^[6-8]。因此，只需将CO₂富相用于再生，从而可大幅减少再生溶液的体积，有效降低再生能耗^[9-10]。目前，多元伯胺/仲胺和叔胺的混合水溶液是相变吸收剂的主要类型，如二乙烯三胺 (DETA) /五甲基二乙烯三胺 (PMDETA) /H₂O、三乙烯四胺 (TETA) /二乙醇胺 (DEA) /H₂O、TETA/二甲基乙酰胺 (DMCA) /H₂O等^[11-14]。由于仅需将富相再生，这些吸收剂的再生能耗可降低至2.5 GJ∙t⁻¹ CO₂以下。然而，高活性的多元伯胺或仲胺吸收CO₂后形成稳定的氨基甲酸盐，通过常规热再生难以分解，从而导致相变吸收剂再生效率低、再生性能差的问题。

2-氨基-2-甲基-1-丙醇 (AMP) 是一种具有独特空间位阻结构的伯胺，因其CO₂吸收容量大、可再生性好，得到了广泛研究^[15-17]。KHAN等^[18]发现在95 ℃下AMP水溶液的再生效率可达90%，当再生温度提高到109 ℃，再生效率可达97.85%，优于相同条件下MEA的再生效果 (79.9%~85.4%) 。李清方等^[19]在MEA水溶液中加入AMP，制备了MEA/AMP复合溶液。研究结果显示，加入AMP后，复合物溶液的再生率高达97.33%，远远优于相同浓度下MEA水溶液的再生效率 (89%) 。鉴于此，以AMP作为主吸收剂构建液-液相变吸收剂，有望大幅提高相变吸收剂的再生性能。然而，AMP特殊的空间位阻结构能提高溶液各组分的互溶度，使吸收剂难以发生相变^[20-21]。因此，需添加相变调控剂促使AMP基吸收剂吸收CO₂后发生液-液相变。鉴于多元伯胺吸收CO₂后能使吸收剂易于分相，可引入少量多元胺作为分相调控剂，促使AMP基吸收剂能相变吸收CO₂。

本研究以高活性多元胺四乙烯五胺 (TEPA) 作为相变调控剂，再生性能好的AMP作为主吸收剂，有机溶剂二乙二醇二甲醚 (DGDE) 作为相分离剂，水作为助溶剂，构建新型液-液相变吸收剂用于捕集。通过CO₂鼓泡吸收反应器全面考察吸收剂的相变行为及CO₂吸收-解吸特性，采用核磁共振碳谱 (¹³C NMR) 分析吸收剂捕集CO₂反应产物种类，利用量子化学计算研究不同物质的极性和相互作用，阐释新型相变吸收剂捕集CO₂的反应机理和TEPA调控相变机制，最后通过计算再生过程中的潜热和显热，评估该体系的节能潜力。

3. 结论

1) 以AMP为主吸收剂，DGDE和H₂O为溶剂，TEPA为相变调控剂，设计了一种具有良好再生性能的新型相变CO₂吸收剂 (AMP-DGDE-TEPA) 。经过体系优化，AMP-DGDE-TEPA的最佳配方为2.2 mol·L⁻¹ AMP+0.3 mol·L⁻¹ TEPA，DGDE∶H₂O=6∶4。在该配方下，吸收剂的CO₂吸收负荷高达0.88 mol∙mol⁻¹，富相体积仅占吸收剂总体积51%。经7次循环吸收，AMP-DGDE-TEPA的吸收负荷仍能保持0.63 mol∙mol⁻¹，再生效率为71.6%。2) ¹³C NMR结果表明，AMP与CO₂反应产物主要为碳酸氢盐，易于分解，而TEPA转化为稳定的质子化胺和氨基甲酸盐。量子化学计算表明，引入TEPA后生成的质子化TEPA和氨基甲酸盐具有高极性，打破了溶液原有的均相状态，从而促使溶液发生相变。相比于DGDE，H₂O和极性反应产物具有更强的相互作用力，这些物质聚集形成CO₂富相，而DGDE则单独形成CO₂贫相。3) 能耗计算结果表明，AMP-DGDE-TEPA的再生显热和潜热仅为0.33和0.43 GJ∙t⁻¹ CO₂，说明其具有良好的节能潜力。

参考文献 (44)

TEPA调控AMP-DGDE水溶液相变吸收CO2性能及机理

作者简介: 刘超 (1999—) ，男，硕士研究生，1421419358@qq.com

通讯作者: 周小斌(1990—)，男，博士，副教授，zhouxiaobin@glut.edu.cn

Performance of phase change CO2 absorption in TEPA-regulated AMP-DGDE aqueous solution and its mechanism

Corresponding author: ZHOU Xiaobin, zhouxiaobin@glut.edu.cn

1. 研究背景

2. 我国生态环境产业基金运行主要存在问题

2.1 生态环境产业总投资不足，参与的社会资本活跃度低

2.2 研发与市场供需错位，有限资金难以投入到产业化

2.3 技术市场机制不健全，金融市场发展受限

2.4 专利等无形资产评估转让机制尚不完善，科研人员对成果转化不积极

3. 国内外科技成果产业化模式研究

3.1 美国科技成果产业化模式案例

3.2 我国生态环境产业基金典型案例与探索

3.2.1 力合科创投资孵化基金——全链式特色金融投资和跟踪管理服务

3.2.2 源创基金——助力二次开发的天使类基金

4. 总结与建议

4.1 合理分配投入资金，提高投资的广度和深度

4.2 统筹科研机构和企业的创新成果内在驱动力，匹配供需

4.3 完善市场机制，扩宽融资渠道

4.4 改革国有知识产权归属和权益分配机制，激活科技成果转化的热情

计量

出版历程

TEPA调控AMP-DGDE水溶液相变吸收CO2性能及机理

通讯作者: 周小斌(1990—)，男，博士，副教授，zhouxiaobin@glut.edu.cn

English Abstract

Performance of phase change CO2 absorption in TEPA-regulated AMP-DGDE aqueous solution and its mechanism

Corresponding author: ZHOU Xiaobin, zhouxiaobin@glut.edu.cn

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1.1. 实验材料

1.2. 实验方法

1.3. 计算方法

2.1. CO2吸收-解吸性能

2.2. TEPA调控相变机理分析

2.3. 再生能耗及溶剂成本估算

目录

全文HTML

1.1. 实验材料

1.2. 实验方法

1.3. 计算方法

2.1. CO2吸收-解吸性能

2.2. TEPA调控相变机理分析

2.3. 再生能耗及溶剂成本估算

TEPA调控AMP-DGDE水溶液相变吸收CO₂性能及机理

Performance of phase change CO₂ absorption in TEPA-regulated AMP-DGDE aqueous solution and its mechanism

TEPA调控AMP-DGDE水溶液相变吸收CO₂性能及机理

Performance of phase change CO₂ absorption in TEPA-regulated AMP-DGDE aqueous solution and its mechanism

2.1. CO₂吸收-解吸性能

2.1. CO₂吸收-解吸性能