捕获CO2构建含氮杂环的方法研究(2)

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1.1 二氧化碳的研究现状

二氧化碳是温室效应的主要气体，同时又是一种储量丰富的碳资源，科学利用二氧化碳既能减弱温室效应，又能得到合乎人们需要的有价值的产品。但由于二氧化碳的热力学稳定性和动力学惰性，有效地转化并且利用二氧化碳关键就在于活化二氧化碳。可如何活化二氧化碳并且捕集二氧化碳，使之转变成有价值的产品，这仍旧是研究的一个热点问题。

1.1.1 固定二氧化碳的途径

二氧化碳是温室效应的主要气体，同时又是地球上廉价的、储量最为丰富的碳资源。从资源利用还是环境保护的角度出发，无论是固定还是转化二氧化碳都是具有研究意义的。目前固定二氧化碳的主要方法有物理固定法、生物固定法以及化学固定法。而工业上则广泛使用吸附法、吸收法、微生物固定法、膜分离法等二氧化碳的捕集和分离技术。

1.1.1.1 地质封存法固定二氧化碳

将二氧化碳封存在地质结构中是一种长期储存二氧化碳的填埋方法。封存二氧化碳之前要先压缩二氧化碳，使其能在有限的空间内大量封存。20世纪，加拿大等国家尝试将二氧化碳注入油井从而把剩余的原油挤压出来，并希望能将二氧化碳锁进岩石层内。当分离得到高纯度二氧化碳后，经管道运输到油田。结果发现将二氧化碳作为驱油剂注入油田后能够大幅度提高石油的采收率。1因此，在对二氧化碳驱油的原理进行研究时，各种注入二氧化碳的方法也被提出了，如注碳酸水法、连续注二氧化碳气体法以及二氧化碳液体或气体段塞后交替注水法等方法。2封存技术的优势在于技术已较为成熟、成本较低、可行性高。但是注入二氧化碳对于周遭地层造成的物理化学性质的改变还需要进一步研究。

1.1.1.2 光合作用固定二氧化碳

生物法固定二氧化碳主要依赖于植物和自养微生物。传统意义的光合作用是以植物为重心，但地球上有不同的环境，其中就有植物不能生长的环境，此时自养微生物的光合作用优势就十分突出。微型藻类就是一类光合速率快、固定效率高的自养微生物，能够吸收二氧化碳进行光合作用并生成各种能源。随着能源资源消耗增大，这种合成燃料资源的方法显得越发珍贵。为了提高制备能源的速度，首先要筛选出优质的藻种。de Morais 等分离得到了耐高浓度二氧化碳的Chlorella kessleri和 Scenedesmus obliquu。3在筛选出高效的、抗污染的微藻后，就要进行大量地培育了。美国的绿色燃料科技公司曾将电厂烟气用于培育微藻，生成生物柴油和乙醇。4日本的研究人员则在海水中发现了一种新的海藻品种-Tit-1，它能在弱光或者是厌氧条件下将光合作用产生的淀粉转变为乙醇。5虽然微藻能够利用二氧化碳制造能源燃料，但是这部分的研究依旧存在固定二氧化碳效率低、对环境条件要求比较严格以及成本较高等难题。我国也有类似的方法被报道，但大部分研究还处于实验阶段，微生物固定二氧化碳的技术还未完善，不能进行大量推广，应用于实践中。