二氧化碳（CO2）是大氣中必不可少的成分，并且是生命活動和生產的重要參與者。但是，與此同時，作為引起全球溫室效應的“罪魁禍首”之一，二氧化碳濃度的失控也會帶來災難。當?shù)貢r間11月25日，世界氣象組織（WMO）在日內瓦發(fā)布的新版《溫室氣體公報》指出，2018年全球平均CO2濃度已達到407.8ppm，在1750年工業(yè)化之前為147％。今年5月11日，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）位于夏威夷的莫納羅阿氣象站監(jiān)測到，大氣CO2濃度達到415.26ppm，這是人類歷史上大氣CO2濃度首次超過415ppm。人類已經(jīng)意識到需要對“不良”二氧化碳進行“再教育”。

不幸的是，傳統(tǒng)的工藝路線具有諸如高成本，高能耗和低效率的問題。與這些費錢的“老學者”相比，中國科學院過程工程研究所離子液體與綠色工程研究所的團隊發(fā)現(xiàn)，離子液體可能是“再教育”的最佳導師。 ”。二氧化碳捕集呼喚新思路根據(jù)國際能源署（IEA）的統(tǒng)計，由于大規(guī)模使用化石燃料，全球每年向大氣中排放的二氧化碳總量約為323億噸，超出了全球環(huán)境的能力。如何控制大氣中的二氧化碳含量？一方面，通過限制碳排放和推廣低碳技術，從源頭上減少了二氧化碳排放；另一方面，工業(yè)氣體中的二氧化碳被捕獲和利用。在“十三五”規(guī)劃中，中國設定了減排目標，將單位國內生產總值的二氧化碳排放量減少18％，促進二氧化碳的捕集和資源利用也成為一項關鍵任務。但是，在相當長期以來，二氧化碳捕獲和資源利用技術未能取得實質性突破。為了減少捕獲二氧化碳的能量消耗，必須開發(fā)新的吸收劑。為此，研究所的離子液體小組針對國家減少碳排放的主要戰(zhàn)略需求，圍繞離子液體清洗過程，形成了從基礎研究到工業(yè)應用的透徹研究思路，并提出了一種新的離子液體方法來解決這一問題。捕獲和回收二氧化碳。技術。尋找合適的離子液體離子液體是一種由在室溫下呈液態(tài)的陰離子和陽離子組成的新型介質。獨特的陰離子和陽離子結構使其具有低揮發(fā)性，高溶解度和選擇性以及結構設計性的特點。它可以在較大的溫度，壓力和組成范圍內實現(xiàn)大規(guī)模的CO2排放。但是，由于它們的多樣性和特殊結構，傳統(tǒng)的溶劑篩選方法通常不適用。同時，離子液體中的氣體轉移行為與常規(guī)有機溶劑中的氣體轉移行為非常不同，并且不可能使用通用的流動轉移模型來設計通用的工業(yè)設備。為了更好地預測離子液體的物理性質，研究小組首先提出了一種基于“離子片劑”的預測方法，該方法實現(xiàn)了離子液體的高效篩選和多目標優(yōu)化的逆向設計，并開發(fā)了咪唑，吡啶，季膦，胍數(shù)十種類型的吸收劑（例如胺，氨基和二氨基）適合于CO2的捕集和分離。 CO2的吸收能力和反應速率得到顯著提高。

與有機胺法相比，建成的80,000立方米/年沼氣脫碳裝置可實現(xiàn)85％的CO2去除率并將能耗降低30％。同時，開發(fā)的離子型抗降解劑可大大降低吸收劑在運行過程中的降解性能，大大提高吸收劑的運行穩(wěn)定性，并延長使用壽命。同時，研究人員對離子液體系統(tǒng)中二氧化碳的傳質過程進行了深入研究，并建立了相關模型，以實現(xiàn)對離子液體反應器中氣泡直徑和位置的測量。并準確預測液相中二氧化碳的濃度分布。他們還開發(fā)了一種基于離子液體的脫碳和節(jié)能新方法，即離子液體多級閃蒸工藝，與傳統(tǒng)的醇胺工藝相比，它可以節(jié)省60％以上的能量?；谶@一技術，預計中國將建造世界上第一個用于離子液體脫碳的工業(yè)示范裝置。屆時，CO2捕獲率將大于90％，CO2的純度將大于99％。與傳統(tǒng)的MEA工藝相比，投資和捕獲集成成本將降低30％。讓懶惰的二氧化碳變成活潑的二氧化碳捕獲還沒有結束。實現(xiàn)低成本，高效和綠色資源利用是減緩溫室效應的基本方法。然而，CO 2是具有強熱力學穩(wěn)定性和動力學惰性的氣體。如何有效激活它是許多科學家感興趣的話題。研究表明，離子液體可以激活CO2分子，尤其是在電化學還原CO2的過程中。因此，離子液體中CO 2的活化和轉化也已成為國際關注的研究前沿和熱點。研究機制。一方面，由于離子液體對CO 2的強溶解性，可以有效提高反應相中CO 2分子的濃度，從而提高平衡轉化率。另一方面，離子液體與CO2之間的強氫鍵和靜電具有適度的化學作用，CO2雙鍵被部分激活，鍵角和能量會發(fā)生顯著變化。研究所的離子液體小組對離子液體在電催化還原CO2中的機理進行了更深入和具體的研究。該團隊設計并合成了一系列功能化的咪唑基離子液體，用于將CO2電化學還原為甲酸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)離子液體相比，CO 2在官能化離子液體[Bmim] [124Triz]中的反應效果遠高于常規(guī)離子液體。功能化的離子液體對二氧化碳具有良好的活化作用，降低了CO2對CO2自由基的反應潛能。同時，在功能化的離子液體介質中，離子和反應性分子在電極表面的轉移速率更快。

離子液體分子運動圖CO2綠色使用“化學物質”表示，當前的CO2轉化和利用主要是通過化學反應產生甲醇/一氧化碳，乙基纖維素（EC）/碳酸二甲酯（DMC）/尿素和聚合物液體燃料和化學藥品。這些中間產物可以進一步合成大量或重要的化學物質，例如醇醚，甲烷燃料，乙烯/乙二醇/碳酸鹽/聚碳酸酯/異氰酸酯。 15年后，該團隊開發(fā)了生產乙二醇和CO2作為DMC聯(lián)產乙二醇的原料的技術。與傳統(tǒng)的環(huán)氧丙烷酯交換法和甲醇氧化羰基化法相比，其技術路線的核心是以乙烯氧化成環(huán)氧乙烷為原料，使之在離子液體催化劑的作用下產生。與環(huán)氧乙烷的環(huán)加成反應生成EC，然后與甲醇反應生成DMC和乙二醇。通過應用該技術，與傳統(tǒng)工藝相比，生產成本降低了30％，可以實現(xiàn)100％的原子經(jīng)濟反應和CO2的溫和轉化，有效解決了能耗高，效率低，難度大的問題?，F(xiàn)有DMC和乙二醇工藝的污水處理。 作為綠色化學應用的成功實例，該技術對碳酸鹽和乙二醇行業(yè)具有普遍意義。根據(jù)中科院過程工程研究所研究員程為國的說法，該團隊于2014年與江蘇奧克化工有限公司簽訂了建造萬噸萬噸工業(yè)示范裝置的合同，并成立了一套具有自主知識產權的技術專利。該技術于2018年底通過了中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。評估委員會一致認為，這項技術成就屬于“世界第一和國際領先者”，它為二氧化碳資源的利用，現(xiàn)有乙二醇工藝的節(jié)能以及環(huán)氧乙烷產業(yè)鏈的擴展開辟了具有經(jīng)濟和社會效益的新途徑。研究人員正在進行有關離子液體吸收劑性能的連續(xù)評估實驗。 CO2的生物催化作用更為“酶促”。在自然界中，CO2的轉化是典型的生物催化過程，這取決于生物酶。然后，科學家們嘗試使用生物酶制劑來利用二氧化碳。與二氧化碳轉化為甲醇的化學過程相比，生物催化技術的應用可以在溫和的條件下將二氧化碳轉化為無機物或有機物，具有較高的選擇性，并且反應過程是綠色的，具有潛在的發(fā)展前景。例如，利用甲酸，甲醛和甲醇脫氫酶催化CO2轉化為甲醇的生產是非常重要的環(huán)保清潔能源生產工藝，不僅滿足了開發(fā)新碳資源的要求，而且從根本上解決了CO2排放問題，也恢復了生態(tài)平衡，實現(xiàn)了綠色生態(tài)能源資源和新型人工碳循環(huán)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?？茖W研究發(fā)現(xiàn)，離子液體具有獨特的特性，可通過特殊的氫鍵和微環(huán)境高效吸附CO2并穩(wěn)定酶結構，這可為生物催化轉化CO2提供新途徑。在離子液體法中提高CO 2的生物催化轉化技術，隨著技術的發(fā)展和跨學科交叉學科的發(fā)展，目前，國內外都在進行脫氫酶偶聯(lián)電化學催化，并將CO 2轉化為甲酸，甲醛，甲醇等。通過仿生光反應也取得了重大突破。中國科學院過程工程研究所已經(jīng)實現(xiàn)了一種通過離子液體將CO2催化轉化為甲醇的新工藝。與常規(guī)緩沖系統(tǒng)相比，在20％的離子液體[CH] [Glu]中，CO2濃度和甲醇產率提高了。他們構建的固定有生物膜的酶反應系統(tǒng)實現(xiàn)了反應過程的原位催化和產物的同時分離。這些發(fā)現(xiàn)在離子液體增強酶將CO 2催化轉化為甲醇的新工藝的整套工程技術中，進一步的突破和進展。