作者:刘万生 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2013-6-9 14:39:28
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多孔高分子材料捕获与转化CO2研究获进展
 
【科学网 刘万生报道】6月8日,由中科院大连化学物理研究所材料的动力学模拟与设计研究组邓伟侨研究员所带团队,开发出一种共轭微孔高分子材料,能够在常温常压下捕获可观的二氧化碳,同时可在常温常压下催化二氧化碳与环氧烷烃反应,生成高附加值的环碳酸酯。该成果发表于最近的Nature Communications 上。
 
二氧化碳的减排问题是当今人类社会亟待解决的问题和当前科学研究的热点之一。对于二氧化碳的减排有两种主要手段:一是捕获与封存,将二氧化碳通过化学或物理吸附的方法捕获起来,然后进行地下封存;二是二氧化碳的利用,将二氧化碳在催化剂的作用下与其他化学原料来合成有价值的化学品,比如合成尿素、环碳酸酯和工程塑料等。目前这两种方案都用到高温或高压,需要消耗大量的能量,而产生这些能量过程中又排放出新的二氧化碳。因此结果不尽人意,使得目前二氧化碳大规模减排方法还处于探索性阶段。邓伟侨研究员所带团队,开发的这种新材料,将这两种方案完美结合,既能捕获二氧化碳,又能转化被捕获的二氧化碳。而且由于操作条件是常温常压下进行,不需要额外的能量,因此避免了捕获与转化二氧化碳过程中因为额外能量而产生的二次二氧化碳排放。
 
这种材料主要是将催化中心(salen-金属)镶嵌入共轭微孔高分子骨架制得。其表面积高达700-1000平方米每克,在常温常压下1g聚合物可吸附70-80毫克二氧化碳,媲美于金属框架化合物(MOF)。在常温常压下即能催化二氧化碳与环氧丙烷反应,48小时后可达81%的产率,100%的选择性,循环使用寿命长。其催化性能远远高于现在工业上采用的催化剂,是目前唯一能在常温常压下催化该反应的异相催化剂。理论计算得到的催化机理表明,该反应在这种材料作用下最高活化能仅为9kcal/mol,因此在常温常压下就可以进行。这种材料的成功制备为二氧化碳减排带来一个新思路。
 
该成果的扩大化将在二氧化碳的利用上具有良好的应用前景,特别是能够应用于火电厂的大规模减排。火电厂的二氧化碳排放占总排放的30%以上,如果应用这种新材料,只需在废气排放处添加一个简单处理装置,即能处理废气中的二氧化碳。因为不需要昂贵的高温高压设备和额外的能量供应,这样的应用成本低廉,使得这种材料在二氧化碳大规模减排中的应用成为可能。
 
以上研究得到了延长石油探索性项目与中科院百人计划等相关项目的资助。
 
 
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