1.1 引言

随着工业的快速发展，二氧化碳的排放量逐年增加造成了全球变暖以及一系列环境问题，进而引起了全球的关注，因此减少二氧化碳的排放量成为了首要的目标，主要有提高能源利用率；开发可再生、清洁能源和二氧化碳的捕集和隔离。二氧化碳也是用途广泛的化工原料，在现有的技术水平下，二氧化碳的捕集和隔离被认为是最好的抑制温室效应的方法，可以有效的降低空气中二氧化碳含量，缓解温室效应。而吸附法成为了一种主要的分离二氧化碳的方式，逐渐替代了传统的醇胺法。

二氧化碳捕集有化学溶剂吸收和固体吸附剂吸收。主要的吸附材料有活性炭、沸石分子筛、硅胶和活性氧化铝等等，这些吸附剂都存在吸附量低，选择性不佳，再生困难的缺点，而二氧化碳的吸附主要就是需要吸附量大从而更好的解决温室效应，因此我们需要一系列新型的吸附剂去解决这些问题，随着低能耗和环境友好的存储和分离的需求，吸附剂需具有可设计和可调性，金属有机框架材料在甲烷、氢气等能源气体存储和二氧化碳分离等领域具有巨大的潜在应用价值，MOFs作为一种新型多孔吸附材料，具有大比表面积和孔隙率，可轻易调控孔径的尺寸和晶体结构，通过在配体中心配位其他金属离子可对其进行改性，结构多样化，而锆MOFs是由Zr⁴ 金属离子簇合物次级构筑单元与有机刚性配体配位组装形成的多孔材料，具有非常好的稳定性，催化效果好，但吸附量低，进而对其进行改性，从而更好的吸附二氧化碳。

1.2 CO₂吸附

1.2.1 温室气体危害

温室气体主要有水汽、二氧化碳、氧化亚氮和甲烷。他们对环境的影响主要有使地球表面变暖、南极冰川融化、海平面上升、大气沉降、气候异常等等，已经严重影响到了人类的生活^[1,2]。二氧化碳被人们认为是首要需要解决的气体，石油加工、炼焦及核燃料加工业、化学燃料都在排放二氧化碳，而二氧化碳也是绿色植物光合作用必不可少的原料，也是化工行业必不可少的化工原料，因此对二氧化碳的捕集是至关重要的。

1.2.2 吸附剂种类

用于二氧化碳吸附的吸附剂主要有：活性炭、沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝和金属有机骨架材料。

活性炭是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳，也有排列规整的晶体碳。活性炭中除碳元素外，还包含两类掺和物：一类是化学结合的元素，主要是氧和氢，这些元素是由于未完全炭化而残留在炭中，或者在活化过程中，外来的非碳元素与活性炭表面化学结合，如用水蒸气活化时，活性炭表面被氧化或水蒸气氧化；另一类掺和物是灰分，它是活性炭的无机部分；灰分在活性碳中易造成二次污染。活性炭具有比表面积大、吸附能力强、稳定性好和易再生的优点^[3-4]。

沸石分子筛^[5]是结晶铝硅酸金属盐的水合物，沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同直径的孔相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用。沸石分子筛具有高度有序的晶体结构，高比表面积和孔体积，因此分子筛对极性强的分子吸附量大，极性越强，吸附量越大^[6]。