ZiF-67/介孔SiO2复合材料的制备表征及其CO2吸附性能研究(3)
图1.2 地球表面温度趋势图（1850-2005）
1.3 碳捕获技术简述
CO2 的分离捕集技术，目前阶段主要有三种工艺系统，即燃烧前和燃烧后的捕集，还有一个富氧燃烧的方式。燃烧前捕集是指在化石燃料燃烧前将其气化，就可以得到一氧化碳和氢气，氢气作为清洁能源直接利用于氨和化肥的生产，以及炼油等过程，而一氧化碳则经过一系列工艺转变为CO2后被捕集封存；燃烧后捕集是指在化石燃料燃烧后，利用化学吸收或者物理吸附等手段对混合气中的80%甚至更多的CO2进行捕获；富氧燃烧是指给化石燃料提供纯氧燃烧的环境[9]，这样产生的废气中主要成分为CO2且不含氮气等其他气体，可以被直接压缩封存。比较而言，燃烧前的捕集方式能对源利用率很低，主要体现在气化和和分离的过程消耗了大量的能源。而富氧燃烧所需要的纯氧环境能耗非常高，直接导致了富氧燃烧的成本变高。这样就限制了二者的应用，故我们主要研究的是燃烧后捕集，这种方法应用前景更广。对于燃烧后的烟道混合气，我们具体捕集方法及其原理如下：
在这里，吸附指的是固体物质表面吸住周围介质中的某些分子或者离子（取决于固体物质的结构特性和表面官能团），然后在固体物质上形成积蓄，而固体物质就叫做吸附剂，它们一般具有大的比表面积，例如活性炭和沸石分子筛等。
在CO2的吸附领域中，主要有变压吸附、变温吸附、变浓度吸附、置换吸附等四种吸附方法。变温吸附通过升温降低吸附剂的吸附能力达到解吸的目的，只适用于脱除弱吸附组分产品气体里的微量强吸附组分[10]；变浓度吸附则是吸附后利用惰性溶剂对吸附剂冲洗，或者使用萃取剂抽提的方法进行解吸；置换吸附是利用其它的吸附质将吸附剂上的吸附质置换的方式进行解吸；变压吸附是利用吸附剂对CO2和混合气中其他气体的吸附量、吸附速率和吸附推动力等的差异，以及吸附剂吸附容量随压力的变化而改变的的原理[11]，在加压时吸附容量增大吸附剂吸附更多吸附质使气体分离，在减压时吸附容量减小完成解吸，如此循环达到气体分离和吸附剂再生的目的。比较而言，变压吸附工艺流程简单、吸附剂可再生、可操作性大，成为我们的研究重点。
胺化合物吸收法包括固体胺吸收法和胺溶剂吸收法，吸附剂是选择的具有胺基结构的化学物质，当CO2气体通过吸附剂时，与胺化物相结合达到分离的目的，然后吸收过CO2的吸附剂可以通过加热等手段使CO2解吸出来，然后被回收[12]。但是，此方法使用的吸附剂存在一定缺陷，如DEA、MEA吸附效率好但难再生，又或者如MDEA可再生但吸附效率低下。目前，此方法的应用还不是很广泛，而基于此问题的研究热点主要集中于如何制备一种带胺基结构的混合吸附剂，有高的吸附效率、低能耗、低腐蚀性且能再生。
膜分离法是利用膜两侧的压差作为推动力，利用不同气体具有不同渗透率的原理来分离气体的一种方法。由于压差的存在，高渗透率的气体优先通过膜并且形成渗透气流，而低渗透率的气体则形成残留气流，然后两股气流分别导出从而达到分离的目的。在CO2的分离工艺中，CO2通过膜以后在渗透侧形成富集，然后进入下一级膜，不断的富集并提纯，浓度可高达96%。膜分离技术具有工艺简单、无污染、分离效率高等优点[13]。但是，所用膜使用温度高能耗高，且随着时间的推移，膜的分离能力变弱长期运行的稳定性变差，需要定期更换增加了成本，适用范围不广。