文 献 综 述

1.1课题背景：

由于温室效应而引起的气候变化是人类当前生活所面临的难题之一，大气”温室效应”与全球变暖是目前世界上最主要的环境问题。自从工业革命之后，人类向大气中排入的CO₂等的温室气体的数量逐年增加，随之而引起大气的温室效应也愈发严重，造成了全球性的气候变暖，引起了全世界各国的普遍关注^[1-3]。

在所有温室气体中，对全球气候变化影响最大的是富含碳的化石燃料（煤炭、石油和天然气等）燃烧排放出的CO₂，约占温室气体排放总量的75%，是温室效应最直接的贡献者^[4]。因此，控制温室效应的有效手段--CO₂的分离与捕获，越来越受到人类的重视。据推测，若CO₂的排放量不能得到有效的控制，今后大气中二氧化碳每增加1倍，全球平均气温将上升大约1.5～4.5℃，而两极地区的气温升幅要比其他地区高3倍左右，气温的不断升高不可避免地将导致洋流变化、冰川融化和海平面上升等气候灾难发生，造成严重的环境生态问题，对人类的生存产生巨大的威胁^{[5, 6]}。目前工业上 CO₂的分离与捕获技术种类很多，归纳起来，主要有以下四种方法：低温精馏法、溶剂吸收法、膜分离法与固体吸附法^[7]。

天然气作为一种重要的化工原料和清洁能源，随着能源结构的调整，其需求量不断增加，已经成为人类必须的能源来源之一。天然气在我国的迅速发展给天然气的分离提纯提出了挑战。天然气的主要成分是甲烷，但是新采集的天然气通常含有一定量的CO₂。由于CO₂的存在，不仅会降低天然气的热值，影响其燃烧效率，同时其弱酸性对于天然气的输送管道和储存容器也有不可忽视的腐蚀作用。所以，在天然气燃烧前对天然气进行提纯净化去除其中的CO₂，也是CO₂分离与捕获的全新方向^{[8, 9]}。

随着温室效应的不断加剧，环境问题的日益严重，实现CO₂的分离与捕获已然成为了当今亟需解决的问题。当前其重点主要在于发电厂中烟道气的废气分离，其中烟道气的重要组成是N₂（80%左右）和CO₂（15%左右），采用吸附分离的方法选择性吸附烟道气中的CO₂是控制温室效应的关键。另外，随着人们对能源需求的增加，天然气的需求量越来越大，天然气中除了含有CH₄以外往往也含有一定量的CO₂，这不仅影响了天然气的燃烧效果，会对运输管路造成腐蚀，同时也带来了一系列的环境问题。

当今，固体吸附法由于其较低的能耗和其环境友好的性质，在CO₂的分离与捕获领域发展迅速，越来越吸引着研究者的探索开发。对于一个给定体系采用固体吸附法进行吸附分离，选择合适的吸附剂是整个过程的关键。本课题的目标为开发一种基于二胺类单体合成的多孔聚合物对发电厂烟道气（CO₂/N₂）和天然气（CO₂/CH₄）进行吸附分离与提纯。

1.2基于二胺类单体合成多孔聚合物

多孔聚合物材料，可以被定义为具有多孔性质且有较大比表面积的，主要由轻元素如C、H、O、N、B等组成的新型材料，结合了多孔结构和聚合物的双重性能，在气体分离和存储、催化、生物医药等领域均具有重要的应用价值。由于其具有良好的物理和化学稳定性、合成的多样性、孔尺寸的可控性以及表面的可修饰性，该材料已经引起了科学工作者的广泛关注。多孔聚合物材料在气体吸附与分离科学、能源储存、催化、电化学、传感器技术等多个领域具有极大的研究价值以及广阔的应用前景，成为近年来科学研究的热点之一^[10-13]。目前，多孔聚合物材料按照不同的构筑思路主要可以大致分为以下四种：自聚微孔聚合物（PIMs），超交联聚合物（HCPs），共轭微孔聚合物（CMPs）和共价有机骨架聚合物（COFs）^[14-18]。

烟道气（燃烧后）和天然气（燃烧前）中CO₂的分离与提纯已经成为了当前研究的重点。现今科学研究的重点是采用固体吸附剂法，传统意义上的吸附剂如活性炭，分子筛虽然能够达到一定的分离提纯效果，但是其选择性一般都比较差，无法满足工业化的要求。此时开发一种新型的吸附剂不但具有较好的吸附性能和选择性，而且结构稳定且成本低廉便显得尤为重要。