有关气体捕获与存贮的多孔材料的研究(2)
CCS技术被认为是一种合理有效的降低CO2浓度的技术。二氧化碳捕获和储存（CCS）是从一个大的、固定的点源的烟道气中分离CO2，运送它并通过注射将CO2封存在一个地质储存容器，其适合于永久存储从大气中分离的CO2来减少温室气体的排放。其中CCS可以应用的实例是在燃煤或燃气发电厂、钢铁厂、精炼厂和生物乙醇工厂里。CCS使用的技术还部分应用在石油和天然气工业中。然而，该技术仍需要在现实生活中进行大规模测试以检测其在实际生产中的作用。
现在普遍使用的处理CO2的办法有液相胺捕捉吸收CO2、固体吸附分离法和膜分离法等等方法[3]。其中，固体吸附分离法是最具有应用前景的，相比于目前工业上使用的液体吸附捕捉CO2的做法，使用固体吸附剂有消耗能量低，没有腐蚀性，容易自动化控制，吸附剂容易制取等优点[4]。但是这种方法有一个很大的缺陷，那就是用于吸附的吸附剂的吸附量不大，因此很多研究者都在努力发展新型高效的CO2吸附剂，争取把此类方法早日广泛应用于工业生产中[3]。
多孔结构作为一种新型材料，因具有很多优秀的化学与物理性质而被广泛应用于很多领域,引起了科研工作者们的普遍关注,研究证明了其可应用于CO2的吸附与存储。使用多孔材料的吸附方法具有高效、经济、环境友好的特性，因此已被广泛认定具有很好的发展前景[5]。这些年以来多孔材料在很多领域都是研究的热门领域，很多科研人员都投入到新型多孔材料的开发与研究当中。在为数众多的多孔材料中，金属有机骨架材料(metal organic frameworks, MOFs)和有机多孔聚合物（POPs）作为两种新型的多孔材料由于其具有密度比较低、比表面积较大和其结构可设计性等优点而引人注目，成为目前非常有应用前景的材料[7]。POPs是由轻质元素（C、H、O、N、B 等）组成的一类新型多孔材料[6]，它具有较高比表面积和多种孔结构，根据结构的不同特点，可将其分为具有晶型结构的共价有机骨架材料（covalent organic frameworks，COFs）和无定形的 POPs[6]。在本文中，我针对调查了具有晶体结构的共价多孔材料（COFs），金属有机骨架材料(metal organic frameworks, MOFs)及其衍生具有沸石拓扑结构的一种新型的多孔晶体材料——沸石咪唑酯骨架结构材料 (ZIFs)这三种材料的研究进展。总结了以下目前关于这三种材料的研究现状，取得的研究进展和遇到的一些问题。
2 金属 - 有机骨架材料（MOFs）
金属有机骨架材料在最近很快发展的一种材料，这种材料的研究还是一个崭新的课题，就这几年各国的研究情况来看，MOFs材料还是方兴未艾，有着非常广阔的前景。其实早在上世纪90年代，最早的MOFs材料就已经被合成出来，只是其性能较差、稳定性不高。还无法满足人们的要求，因此并未引起太大的关注。
之后发现的MOFs材料展现出了自身特别的一面，它具有纳米尺度的孔径和周期性多孔网络结构，是一种新型多孔材料。MOFs材料主要通过有机配体(大多数是芳香多酸和多碱)与金属簇或者金属离子通过分子自组装而形成。这类材料拥有非常多的优点，例如其比表面积大、孔隙率高、密度低，同时其结构多样，可以通过对有机配体进行修饰来调节孔道和实现功能化[7]。这些优点引起了人们对这种材料的关注，针对MOFs材料的研究也越来越多。
在MOFs材料的组装过程中，由于连接方式的不同，最终会形成许多种形态各异的拓扑结构。因为这种结构的多样性，再加上不同性质的有机配体和多种类的金属离子， MOFs具有种类繁多、结构可以通过人为设计构建单元的特点[8]。通过上述自组装的过程得到许多结构不同的产物，且这些产物一般都会具有规则的多孔结构。在CO2的吸附存储与分离领域中，MOFs材料有可能会替代以往工业生产中所一贯使用的吸附剂，成为新的应用材料。