金属有机骨架材料(MOFs)CO_(2)捕集和转化研究进展

摘要

社会和工业现代化的进步,CO_(2)及其他温室气体的排放日益增加,导致温室效应严重、自然灾害频发。为了减少碳排放,大力发展碳捕集、利用与封存技术(CCUS)势在必行。目前,常用的CO_(2)捕集方法包括吸附分离法、化学吸收法、膜分离法、CO_(2)直接转化等。其中,开发高效、稳定的吸附剂与催化材料是各种捕集技术优化的关键。详细综述了金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)在CO_(2)捕集和转化中的应用,分析了目前研究的最新进展,揭示了应用过程存在的问题和解决方法。其中双金属MOFs较单金属具有更多的金属缺陷位及L酸含量,在CO_(2)吸附分离和催化反应中表现出良好的优势。功能化修饰法可以针对不同CO_(2)捕集技术的需求进行对应改性,拥有较高的成功率,尤其是后功能化法,因其改性方法简单、结构维持较好被广泛应用于CO_(2)捕集的各种方法中。前功能化法是最理想的MOFs改性方法,尤其是配体功能化,可以从结构上改变MOFs对CO_(2)的亲和性,但其结构的维持是目前研究的一大难点。MOFs纳米流体吸收剂的制备可有效增加吸收剂内部的传热传质,改善传统纳米颗粒的团聚现象,有利于稳定悬浮液的形成,增加了CO_(2)吸收量,但吸收剂的黏性控制是目前研究的壁垒。另外,作为膜分离法中的填充材料,MOFs因其良好的相容性及丰富的表面官能团,可以有效地提高膜的选择性,同时本身对CO_(2)的高吸附可以提高膜的CO_(2)容量,但MOFs膜的机械性能及循环稳定性还需进一步优化。虽然目前MOFs应用于CO_(2)捕集技术的研究很多,但利用MOFs的CO_(2)捕获系统和经济学分析的文献有限,本研究从MOFs的制备成本、CO_(2)捕集成本和再生成本出发,试图揭示MOFs的化学性质与CO_(2)捕获的过程经济性关系。