二氧化碳捕集技術
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二氧化碳捕集技術的視頻教程
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二氧化碳捕集技術的實例教程
CCUS
針對全球氣候問題，2008年的G8峰會上，八國集團提出，在2020年前后普及CCS技術。CCS（carbon capture and storage）即二氧化碳的捕集和封存技術，是將CO2從電廠等工業或其他排放源分離，經富集、壓縮并運輸到特定地點，注入儲層封存以實現被捕集的CO2與大氣長期分離的技術。在此技術基礎上發展出CCUS。
碳捕集、利用與封存技術（CCUS，Carbon Capture，Utilization and Storage）是將二氧化碳從化石燃料電廠或工業設施中捕集提純，然后通過運輸投入新的生產過程加以利用，最終實現有效封存二氧化碳的目的。它在捕集、運輸、長期封存三個環節基礎上增加了對二氧化碳利用的環節，目前主要利用方式包括提高采收率、食品級二氧化碳精制，以及其他工業利用方式。與CCS相比，CCUS可以將二氧化碳資源化，能產生經濟效益，更具有現實操作性。
簡單來說，CCUS技術即為將二氧化碳捕集起來，然后繼續再利用或者封存起來的技術。那么，二氧化碳的捕集技術有哪些呢？
1、化學吸收法
化學吸收法是指化學溶劑通過與CO2發生化學反應，對二氧化碳進行吸收，當外部條件如溫度發生或壓力改變時，使得反應逆向進行，從而達到二氧化碳的解析及吸收劑的循環再生的目的。
展開 IPCC（政府間氣候變化專門委員會）關于全球變暖1.5℃的特別報告指出，CCUS（碳捕集利用與封存）技術可以有效改善全球氣候變化，并明確指出CCUS技術對于在2050年實現零碳排放具有重要意義。
根據2015的巴黎氣候大會披露的減碳圖表，可以看出CCUS技術主要是在2030年之后全球將逐漸發力于二氧化碳的移除，而這與中國2030碳達峰的目標不謀而合。
來源：Rhodes CJ. The 2015 Paris Climate Change Conference: Cop21. Science Progress 2016;99(1):97-104.
02
主流減碳技術總結
碳減排首先第一步是將二氧化碳捕集，后續可將捕集的二氧化碳直接封存也就是CCS，或是把二氧化碳能源化或資源化也就是CCU。在這些步驟中，二氧化碳捕獲是最關鍵的技術，因為它占整個CCS運營成本的70%以上。CO2捕集的方法可按照對燃料、氧化劑和燃燒產物采用的措施，可以分為燃燒前捕集、純氧燃燒和燃燒后捕集3大類，如下圖所示。
來源：北極星大氣網
燃燒前捕集是相對成本較低、效率較高的一種方法。
展開 、利用與封存（CCUS）技術，用以回收較難用可再生能源替代部門的CO2排放。
【引言】
化石燃料的一大缺點就是在燃燒過程會產生大量二氧化碳等溫室氣體，從而加劇溫室效應是得氣候環境進一步惡化。然而除非可再生能源在成本上能夠合理化，在此之前化石能源依然是人類不可或缺的能量來源。因此，如何高效捕集二氧化碳就是優化化石能源使用的當務之急。傳統工業的方法較常用胺溶液的洗脫技術來實現廢氣中二氧化碳的消除，這一方法能量消耗巨大，設備成本高，亟需效率更高、更環保的方法進行替代。多孔材料以其較高的氣體吸附量、易脫附以及高選擇性等特點成為了研究人員尋求替代方案的主要方向。
利用基于多孔材料的薄膜來吸附分離二氧化碳具有操作簡便、高效環保的特點，然而膜材料自身吸附選擇性差、易老化等問題一直阻礙著相關工業技術的發展。以多孔有機骨架（POFs）膜為例，POFs的孔徑相對較大，并且目前制備連續無缺陷膜的技術依然不成熟，致使POF基膜材料的氣體分離性能大打折扣。針對大孔的問題，研究人員開發了苯并咪唑單元連接的有機多孔聚合物（BILPs），這類POFs的孔徑相對狹小，不僅更易于吸收二氧化碳，而且熱和化學穩定性也非常好。但是BILPs不溶于大多數溶劑，使得制備BILPs基薄膜變得極具挑戰性。荷蘭代爾夫特理工大學的Jorge Gascon課題組利用室溫界面聚合（IP）的方法成功制備了無缺陷的BILPs薄膜（BILP-101x），并且這一薄膜在氫氣/二氧化碳分離方面表現出優異的性能。2018年9月21日，相關成果以題為“Facile manufacture of porous organic framework membranes for precombustion CO2 capture”在線發表在Science Advances上。
展開 【引言】
二氧化碳在空氣中的濃度已經達到歷史最高水平，溫室效應引發的災害凸顯。碳排放的控制與全人類的生存息息相關，大力發展清潔能源技術的同時急需開發有效的CO2捕集技術，二膜分離技術是一種能夠高效分離CO2的新型低碳技術。近年來，隨著膜分離技術的發展，傳統的聚合物膜性能逐漸落后，而無機分子篩膜受限于合成難度和高成本，目前難以大規模發展，因此催生了混合基質膜，即將多孔納米粒子填充到傳統的聚合物膜中，利用多孔無機材料促進氣體在膜內的傳輸以及改善選擇性。在眾多的多孔填料中，金屬有機框架（MOFs）由于其高度規整的次納米級孔結構和超高的比表面積近年來備受矚目，其獨特的有機無機雜化性質使研究人員可以根據不同用途對MOF進行多種多樣的化學修飾。對于混合基質膜，納米填料在聚合物中的分散性對混合基質膜的性能起決定性作用，因此通過表面修飾提高MOF與聚合物之間的相容性的研究具有重要意義。
【成果簡介】
近日哈爾濱工業大學邵路課題組采用UiO-66類型MOF作為納米填料，紫外交聯的PEO體系作為聚合物體系。通過對氨基化的UiO-66-NH2進行氨基化，使其接枝上具有高反應活性的烯丙基，得到可參與自由基反應的UiO-66-MA，從而在制膜過程中能夠使UiO-66-MA與PEO大分子單體進行聚合，以獲得良好的界面性能。結果表明UiO-66-NH2在PEO交聯膜中的分散較差，出現了明顯的團聚，并且對復合膜的性能提高較少。而添加了UiO-66-MA的復合膜中，MOF顆粒分散良好，且氣體滲透性能得到了較大程度的提高，CO2的滲透通量最高可達1439 Barrer，超過了目前大部分CO2親和性分離膜。
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