ZiF-67/介孔SiO2复合材料的制备表征及其CO2吸附性能研究(2)
目前，CO2的分离捕集方法有很多种，主要分为化学吸收法和物理吸附法。其中，化学吸附有：金属氧化物法、膜分离法、胺化合物吸收法、钙基吸收剂法等等，而物理吸附主要是利用多孔固体吸附剂对混合气中CO2的选择性的不同，通过吸附—解吸的可逆过程来实现CO2的分离和回收[2]。在化学吸附的领域中，钙基吸收剂法常用于高温下的吸附；胺化物吸收剂法虽然吸收速率快，但只适用于低浓度CO2的吸收；金属氧化物法易产生粉尘危害且吸附剂难再生；膜分离法对膜的要求较高，且长期运行的稳定性低。相比之下，物理吸附法成本更低、可循环、适用的场合更广泛，研究前景也更广泛。目前，国内外的目光都集中于物理吸附剂上，如何制备出新型高效、稳定、可循环、低成本的吸附剂成为了新的研究热点。
传统的纳米微孔材料，如分子筛、碳纳米管、沸石、活性炭、硅胶等，由于其巨大的比表面积和达到纳米级的多孔切孔径，被广泛的用作吸附剂在CO2的吸附领域。沸石分子筛有着特定的骨架结构，是一类主要成分为SiO2的结晶硅酸盐，属于微孔晶体材料。而微孔晶体材料可以利用自身的孔道，把大于孔径的物质排斥在孔道外部，吸附比孔径还小的物质到孔道内部。对于孔径，分为大孔（孔径大于50nm）、微孔（孔径小于2nm）、介孔（孔径在2nm到50nm之间）三种，大孔的材料由于其孔径过大，在光子晶体、多孔陶瓷和电极材料等方面才有应用；微孔只应用于泡沫和微孔陶瓷等领域，而沸石分子筛如果过小则会严重限制其应用，所以一般不采用；介孔材料孔径适当且易于制备，在吸附领域有着不俗的表现，而其中有序介孔SiO2就是介孔材料吸附CO2的代表。
与这些传统材料相比，类沸石咪唑骨架ZiFs结构材料（本文中选用ZiF-67作为我的材料）不仅具有传统材料的多种性能，还具有结构多样性、热学和化学的高稳定性以及高效捕集CO2等特性[3]，甚至于还可以通过化学合成的方法进行材料功能化的应用[4]，在CO2的吸附过程中作为吸附剂，有着极高的研究价值和应用前景。
综上所述，并基于初始的研究和大量的文献分析的基础，本论文旨在运用不同方法制备ZiF-67/介孔SiO2的复合材料，利用复合材料耐热性和稳定性高的特点，提高复合材料作为吸附剂吸附CO2的吸附性能，扩大应用范围。对复合材料进行相关表征，并着力于研究ZiF-67和介孔SiO2的不同配比下对复合材料结构和对CO2吸附性能的影响。
1.2 CO2捕集技术概况
1.2.1 CO2排放与全球变暖趋势
从图1.1可以看出，自从工业革命以来，全球对于CO2的排放呈现一个快速增长的速度，目前世界上排放CO2的量已经达到了250亿吨/每年！调查显示，在1870年-2012年间，虽然中国年的碳排放总量比不上同时期欧盟和美国的一半，但在2013年，中国碳排放量超过了欧盟和美国的总和，达到了100亿吨，占了全球碳排放总量的30%[5]。
图1.1 全球碳CO2排放走势图：1850—2030年
随CO2排放量的急剧增加，大气中的CO2浓度已经达到了370ppm，相比于第二次工业革命之前的280ppm上涨了32.1%[6]。从图1.2可以看出，自第二次工业革命以来全球温度出现一个持续上涨的趋势，并且气温上涨的速度还在加快。国际气候调查组调查预测：由于CO2等温室气体的积存，在未来的一百年后，全球的气温有可能永久性上升5℃—8℃，而且如果环境继续恶化上升温度会更高，平均气温的上升幅度可能会达到历史新高[7]。基于全球气候变暖问题的紧急性，各个国家近年来针对相关问题做了大量的工作部署，其中最重要的一项就是节能减排，利用碳捕获技术有效控制CO2的排放，将温室气体的浓度控制在一定范围内，以减慢其增长速度。中国也曾提出“全民行动，节能减排”的号召[8]，并且在CO2捕集领域投入了大量的人力物力，并取得了一定的成果。