金屬有機骨架材料(MOFs)CO2捕集和轉化研究進展

劉豐盛，董 昊，王 濤，黃 煒

(1.浙江大學 能源清潔利用國家重點實驗室，浙江 杭州 310027；2.浙江省經濟信息中心，浙江 杭州 310027)

0 引 言

在經濟快速發展、貿易全球化、人口持續增加的今天，溫室效應嚴峻，導致各種自然災害頻發如冰川融化、海平面上升、頻繁的極端天氣和臭氧枯竭等[1]。據世界氣象組織(World Meteorological Organization，WMO)統計，近50年來我國是自然災害肆虐最嚴重的國家之一，面臨嚴峻且復雜的形勢和挑戰。其中，在溫室氣體總輻射力的貢獻者中，二氧化碳(CO2)約占70%，是引起溫室效應的主要原因，而甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)僅為30%[1-2]。據目前最新報告，大氣中CO2濃度已超過410×10-6，比社會工業化前的CO2濃度高出70%，預計到2050年，CO2濃度將超過550×10-6[3]。在“雙碳”目標的激勵下，大力發展碳捕集、利用與封存技術(Carbon Capture、Utilization and Storage，CCUS)勢在必行。

CO2的產生原因繁多，其主要通過化石燃料的燃燒等多種化學過程釋放，尤其是我國以煤炭為主的能源結構，CO2隨各種大型燃煤電廠煙氣釋放，增加了空氣中CO2濃度，導致溫室效應產生[5]。為了減少碳排放，需要在電廠煙氣釋放前進行CO2捕集處理，捕集方法主要有化學吸收法[6]、吸附分離法[7]、膜分離法[8]、CO2直接轉化等。4種捕集方法的本質皆為對吸附劑與催化劑的創新與處理。因此，開發高效、穩定的吸附材料與催化劑材料是目前CO2捕集技術前進的關鍵。

本研究重點介紹了金屬有機骨架(MOFs)在CO2捕獲、分離和催化轉化的研究進展。詳細分析了MOFs在吸附分離法、化學吸收法、膜分離法、CO2直接轉化等方法中CO2捕集原理及最新進展。針對各種CO2捕集方法，闡述了MOFs應用的技術挑戰，分析了可能存在的解決方法及未來的發展方向。……