含胺基多孔聚合物的制备及其吸附性能研究

化石燃料的大量使用导致排入大气中的二氧化碳（CO₂）逐年增多，研究CO₂ 高效吸附分离材料及后续转化利用是当前环境与能源领域的研究热点^[1]。中国政府承诺到2020年单位GDP的CO₂排放量要比2005 年降低40%～45%，并将其作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。但是从另一个角度看，CO₂又是重要的C1资源及化工原料，可用于生产干冰及碳酸饮料、处理碱性水、超临界干燥及提高原油采收率等^[2]。一旦在这一领域取得突破，将对未来社会的能源结构和化工产业起到不可估量的推动作用，并带来巨大的社会和经济效益。因此，实现CO₂的高效吸附分离十分必要，这也是CO₂后续利用的先决条件。

1. CO₂分离与捕获技术

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。

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，虽然在固体吸附剂的研制方面已经取得了一定的进展，但是由于人类对于环境问题的不断重视，其在未来一段时间内仍然是研究的重点^[3]。

2. CO₂选择性吸附剂的研究进展

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。一种合格的CO₂选择性吸附材料应当具备以下三种性能：①较高的吸附选择性。②较高的吸附容量。③较强的稳定性。

当前吸附分离CO₂的固体吸附剂根据其多孔固相载体大致可以分为多孔碳材料、沸石分子筛，金属有机骨架材料以及多孔聚合物材料等^[4]。

2.1 多孔碳材料

当前用作CO₂选择性吸附剂的碳素材料主要有活性碳、碳分子筛以及杂原子掺杂改性多孔碳材料。

活性碳^[5]是将含碳原材料经过碳化、活化后制成的多孔碳材料，它的孔隙结构发达，机械强度好，孔径分布较宽，对气体的吸附能力比较强。决定活性碳吸附能力大小的主要是比表面大小、孔结构特点及其表面性质。从上世纪80年代开始对于采用活性炭分离回收CO₂的过程开展了大量的研究，天津大学周理^[6]报道了一种有序介孔碳材料（CMK-3）对CO₂、CH₄和N₂的吸附分离性能。

碳分子筛（CMS）^[7]是具有均匀孔径的分子筛结构的活性炭，是一种非极性速度分离型吸附材料，是根据吸附质在吸附剂中的吸附快慢来实现气体分离的。Gomes等^[33]以CMS为吸附剂、使用双塔PSA装置，对CH₄/CO₂混合气体进行分离，其中CH₄/CO₂=50/50，实验发现经CMS通过变压吸附回收后，CH₄的体积分数可达90%以上，基本上可以达到提纯CH₄的目的。

杂原子掺杂改性多孔碳材料^[8]是在多孔碳材料中引入一些杂原子官能团，来试图改变材料的表面性质，使其可以运用于CO₂的分离回收。Zhao等^[9]合成的氮掺杂微孔碳材料KNC-A-K，直接采用对苯二胺为氮源，合成的材料体现出较高的CO₂吸附量和CO₂/N₂吸附选择性。