二氧化碳捕集和利用
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作者王献红 主编
出版社化学工业出版社
ISBN9787122256959
出版时间2016-04
装帧精装
开本16开
定价98元
货号23935383
上书时间2024-10-31
商品详情
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前言
二氧化碳是主要的温室气体，自工业化革命以来二氧化碳排放逐年递增，到2014年全世界的二氧化碳排放已经过370亿吨，尽管还存在各种各样的争议，但由此带来的温室效应正引起大家的共识。从1997年的京都议定书，到引起世界各国高度重视的2009年哥本哈根世界气候大会，加上近几届世界气候大会给出的更切实际的数据（2011年墨西哥坎昆，2012年卡塔尔多哈，2013年波兰华沙，2014年秘鲁利马），世界各国越来越接近达成温室气体减排的共识。2015年底的法国巴黎世界气候大会将通过新的气候议定书，取代届满的京都气候议定书。2014年11月12日中美两国共同发表《中美气候变化联合声明》，美国计划于2025年实现在2005年基础上减排26%～28%的全经济范围减排目标，并将努力减排28%，中国计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值且将努力早日达峰，并计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。这次协议的签署意味着全球对温室气体的减排的高度共识。因为无论采用什么样的角度去思考，气候异常是个现实问题，二氧化碳也因此成为世界各国难以回避的一个词。
二氧化碳的捕集和封存一度成为解决二氧化碳减排问题的方案，但由此带来的成本和后续潜在的负面效应使得人们开始研究更合适的解决方案，其中二氧化碳的利用，尤其是化学转化和利用正日益受到世界各国的广泛关注。2010年我们编写了《二氧化碳的固定和利用》一书，主要讨论了二氧化碳的物理利用和化学转化的原理和技术，尤其是二氧化碳合成塑料方面的工作进展。随着二氧化碳议题的不断深入，二氧化碳的低能耗捕集并作为大宗化工材料和能源化学品的原料已经成为目前二氧化碳议题的优先领域和热点研究内容。
借此我们编撰本书，本书由6章构成。第1章从世界能源结构尤其是中国的能源结构现状和未来出发，总结梳理二氧化碳的排放，分析了工业过程如燃煤发电、水泥、炼钢、石化、酿造行业集中排放二氧化碳的现状。此外本章也分析了分散和移动排放过程如汽车、摩托车行业的二氧化碳现状，这一部分二氧化碳的排放约占整个二氧化碳排放的40%以上，但直接现场回收在经济上是不可行的。第2章总结了目前集中排放的二氧化碳的捕集技术，探讨了新型、低能耗捕集技术如离子液体捕集技术、多孔金属有机骨架材料捕集技术的可行性。第3章探讨了极稀浓度二氧化碳的捕集技术，主要从能耗和经济性考虑大气为代表的极稀浓度气氛下二氧化碳的捕集技术，并分析著名的浓盐电化学方法捕集二氧化碳并转化为能源化学品的“绿色自由”思路的可行性。二氧化碳的化学利用主要分为碳氧资源的全部利用和碳资源利用两个方面，因此在第4章梳理二氧化碳作为碳氧资源化学固定为小分子化合物，其中成熟的例子如尿素、水杨酸、无机碳酸盐或有机环状碳酸酯，正处在研发中的例子如碳酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯等。第5章则阐述二氧化碳作为碳氧资源化学固定为高分子材料方面的工作，评述了二氧化碳基塑料和二氧化碳基聚氨酯方面的新进展，同时也评述了非光气法聚碳酸酯和聚氨酯的研究和工业化进展。这是近十年的热门研究领域，原因在于将二氧化碳作为合成高分子材料的基础原料，不仅有助于缓解二氧化碳效应，还能为高分子工业的原料来源多元化提供依据。第6章总结了二氧化碳单独作为碳资源应用的可行性，主要是采用还原反应将二氧化碳转化为大宗能源化学品的新进展，尤其是二氧化碳制备甲醇、甲烷（合成气）、甲酸、一氧化碳的工作。其中能耗和经济分析是决定该领域竞争性和前途的关键。
本书由中国科学院长春应用化学研究所二氧化碳基塑料研发团队负责编写，再由本人统一修改并定稿。本书第1章“二氧化碳的排放”由任冠杰博士编写，第2章“集中排放二氧化碳的捕集”由刘顺杰博士编写，第3章“极稀浓度二氧化碳的捕集”由王勇博士编写，第4章“二氧化碳作为碳氧资源化学固定为小分子化合物”由盛兴丰博士编写，第5章“二氧化碳作为碳氧资源化学固定为高分子材料”由本人与吴伟博士、高永刚博士编写，第6章“二氧化碳作为碳氧资源化学固定为能源化学品”由顾林博士、秦玉升博士编写。本书在编写过程中得到了我的同事秦玉升博士的全力支持，他负责本书专业方面的修订，同时我们实验室的张薇女士对全书的文字和格式方面进行了仔细修订，没有他们的辛勤劳动是不可能完成本书的，在此深表感谢。
王献红
2015年10月
导语摘要
本书从世界能源结构尤其是中国的能源结构现状和未来出发，总结梳理了二氧化碳的排放现状，在此基础上系统介绍了二氧化碳的捕集和利用技术的新进展。捕集技术中重点介绍了离子液体捕集技术、多孔金属有机骨架材料捕集技术、极稀浓度二氧化碳的捕集技术等近几年发展起来的新技术。二氧化碳的利用方面，重点介绍了二氧化碳作为碳氧资源化学固定为高分子材料和二氧化碳作为碳资源化学固定为能源化学品等技术。
本书可供化学、化工、发电、冶金等领域从事二氧化碳捕集的工程技术人员、从事二氧化碳利用的研发人员、企业和政府从事碳减排管理的管理人员阅读参考。
商品简介
本书从世界能源结构尤其是中国的能源结构现状和未来出发，总结梳理了二氧化碳的排放现状，在此基础上系统介绍了二氧化碳的捕集和利用技术的新进展。捕集技术中重点介绍了离子液体捕集技术、多孔金属有机骨架材料捕集技术、极稀浓度二氧化碳的捕集技术等近几年发展起来的新技术。二氧化碳的利用方面，重点介绍了二氧化碳作为碳氧资源化学固定为高分子材料和二氧化碳作为碳资源化学固定为能源化学品等技术。
本书可供化学、化工、发电、冶金等领域从事二氧化碳捕集的工程技术人员、从事二氧化碳利用的研发人员、企业和政府从事碳减排管理的管理人员阅读参考。
作者简介
王献红，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师，国家自然基金委杰出青年基金获得者（2002），曾任科技部“十五”“863” 新材料领域特种功能材料技术主题专家组成员、国防先进材料专家组成员。现任中科院生态环境高分子材料重点实验室主任、吉林省人民政府决策咨询委员会成员、国家科技支撑计划项目“CO2化工利用关键技术研发与示范”首席科学家、国家自然科学基金创新群体项目负责人。担任《高分子学报》、《功能材料》、《功能高分子学报》编委。
王献红研究员一直从事高分子材料的研究工作，主要研究方向为导电高分子和二氧化碳共聚物。编著专著一部，已在国内外杂志发表论文140余篇，获权美国专利2项、日本专利1项、中国发明专利61项，申报并公开国际专利2项，申报并公开中国发明专利61项。王献红研究员从1998年开始领导项目组进行二氧化碳的固定及其利用的研究，采用稀土三元催化剂，与内蒙古蒙西高新技术集团公司合作，于2004年2月建立了世界上首条千吨级二氧化碳基塑料的生产线，实现了二氧化碳塑料工业化从不可能到可能的突破，在世界上产生了重要影响。
目录
第1章 二氧化碳的排放1
1.1 能源结构变迁与二氧化碳排放1
1.1.1 能源结构变迁1
1.1.2 二氧化碳的排放3
1.2 二氧化碳问题的纷争7
1.2.1 二氧化碳引起的气候变化8
1.2.2 气候变化造成的影响10
1.3 可能的解决方案15
1.3.1 减少二氧化碳的排放15
1.3.2 CO2的捕集和储存16
1.3.3 二氧化碳的利用16
1.3.4 减少二氧化碳排放的政策与工具17
1.4 未来能源结构下二氧化碳的排放——评述与展望19
参考文献20
第2章 集中排放二氧化碳的捕集23
2.1 二氧化碳捕集的理论基础23
2.1.1 燃烧后脱碳24
2.1.2 燃烧前脱碳24
2.1.3 富氧燃烧技术25
2.2 集中排放二氧化碳的捕集26
2.2.1 物理吸附和解析技术26
2.2.2 物理吸收技术34
2.2.3 化学吸收和解析技术36
2.2.4 物理与化学联合捕集技术43
2.2.5 膜分离技术48
2.3 食品级二氧化碳的提纯56
2.3.1 食品级二氧化碳的主要应用领域56
2.3.2 食品级二氧化碳提纯技术58
2.4 二氧化碳捕集新技术63
2.4.1 离子液体技术63
2.4.2 多孔金属有机骨架吸附技术66
2.5 本章总结与展望70
参考文献70
第3章 极稀浓度二氧化碳的捕集77
3.1 空气中CO2浓度及变化趋势77
3.2 气候变暖带来的问题78
3.3 从空气中捕集二氧化碳的迫切性79
3.3.1 生物体利用二氧化碳的局限性79
3.3.2 二氧化碳的捕集和封存技术（CCS）的局限性80
3.3.3 空气中直接捕获CO2的技术81
3.4 DAC技术的能耗分析82
3.5 DAC吸收塔的设计84
3.6 用于DAC的吸附剂86
3.6.1 无机吸附剂86
3.6.2 负载化的有机胺吸附剂90
3.6.3 阴离子交换树脂95
3.7 解吸的技术96
3.8 DAC的费用以及可行性97
3.9 总结和展望98
参考文献99
第4章 二氧化碳作为碳氧资源化学固定为小分子化合物104
4.1 二氧化碳的分子结构和物化性能104
4.1.1 二氧化碳的分子结构104
4.1.2 二氧化碳的物理性质105
4.1.3 二氧化碳的化学性质106
4.2 二氧化碳固定为尿素107
4.2.1 尿素简介107
4.2.2 尿素生产理论基础107
4.2.3 尿素工艺发展概况108
4.3 二氧化碳制备环状碳酸酯109
4.3.1 催化剂发展史109
4.3.2 二氧化碳与环氧化物加成反应的机理118
4.3.3 新型环状碳酸酯的合成和反应性能121
4.4 二氧化碳固定为无机碳酸盐125
4.4.1 二氧化碳固定为碳酸钠125
4.4.2 二氧化碳固定为碳酸钙128
4.5 二氧化碳固定为水杨酸132
4.5.1 水杨酸的合成方法132
4.5.2 水杨酸的应用133
4.6 二氧化碳直接与甲醇反应制备碳酸二甲酯134
4.6.1 催化剂发展史134
4.6.2 脱水剂的使用139
4.6.3 CO2和甲醇反应直接制备DMC的反应机理140
4.7 二氧化碳制备甲基丙烯酸142
4.7.1 基本原理143
4.7.2 催化剂发展史144
4.8 评述与展望145
参考文献146
第5章 二氧化碳作为碳氧资源化学固定为高分子材料153
5.1 二氧化碳参与的聚合反应153
5.1.1 二氧化碳与炔烃/二卤代物的缩聚反应153
5.1.2 二氧化碳与二元胺的缩聚反应154
5.1.3 二氧化碳与二元醇钾盐/?,??-二卤代物的缩聚反应154
5.1.4 二氧化碳与烯烃化合物的共聚反应155
5.1.5 二氧化碳与二炔类化合物的共聚反应155
5.1.6 二氧化碳与环硫化合物的共聚反应156
5.1.7 二氧化碳与环氮化合物的共聚反应156
5.1.8 二氧化碳与环氧化合物的共聚反应156
5.1.9 二氧化碳参与的三元共聚反应166
5.2 二氧化碳-环氧化物共聚物168
5.2.1 非均相催化剂169
5.2.2 均相催化剂183
5.2.3 二氧化碳-环氧丙烷共聚物的结构与性能216
5.2.4 二氧化碳基塑料的改性236
5.3 二氧化碳基聚氨酯241
5.3.1 二氧化碳制备聚碳酸酯醚多元醇241
5.3.2 二氧化碳基聚氨酯的结构与性能248
5.4 非光气路线制备聚碳酸酯249
5.4.1 碳酸二甲酯的制备方法250
5.4.2 从碳酸二甲酯制备碳酸二苯酯的方法255
5.4.3 碳酸二苯酯与双酚A的缩聚反应261
5.5 非光气路线合成聚氨酯263
5.5.1 非光气路线制备异氰酸酯264
5.5.2 非异氰酸酯路线制备聚氨酯268
5.6 评述与展望269
参考文献270
第6章 二氧化碳作为碳氧资源化学固定为能源化学品280
6.1 二氧化碳加氢制备甲醇280
6.1.1 二氧化碳制备甲醇的理论基础280
6.1.2 催化剂发展史284
6.1.3 反应器设计及化288
6.1.4 工业化实践289
6.2 二氧化碳制备甲酸289
6.2.1 二氧化碳制备甲酸的理论基础290
6.2.2 催化剂发展史290
6.2.3 机理研究297
6.3 二氧化碳加氢制备一氧化碳299
6.3.1 催化剂300
6.3.2 反应器301
6.3.3 反应机理301
6.4 二氧化碳加氢制备甲烷303
6.4.1 二氧化碳加氢制备甲烷的理论基础303
6.4.2 催化剂发展304
6.4.3 反应机理307
6.5 二氧化碳加氢制备碳氢化合物309
6.6 评述和展望312
参考文献312
内容摘要
本书从世界能源结构尤其是中国的能源结构现状和未来出发，总结梳理了二氧化碳的排放现状，在此基础上系统介绍了二氧化碳的捕集和利用技术的新进展。捕集技术中重点介绍了离子液体捕集技术、多孔金属有机骨架材料捕集技术、极稀浓度二氧化碳的捕集技术等近几年发展起来的新技术。二氧化碳的利用方面，重点介绍了二氧化碳作为碳氧资源化学固定为高分子材料和二氧化碳作为碳资源化学固定为能源化学品等技术。
本书可供化学、化工、发电、冶金等领域从事二氧化碳捕集的工程技术人员、从事二氧化碳利用的研发人员、企业和政府从事碳减排管理的管理人员阅读参考。
主编推荐
王献红，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师，国家自然基金委杰出青年基金获得者（2002），曾任科技部“十五”“863” 新材料领域特种功能材料技术主题专家组成员、国防先进材料专家组成员。现任中科院生态环境高分子材料重点实验室主任、吉林省人民政府决策咨询委员会成员、国家科技支撑计划项目“CO2化工利用关键技术研发与示范”首席科学家、国家自然科学基金创新群体项目负责人。担任《高分子学报》、《功能材料》、《功能高分子学报》编委。
王献红研究员一直从事高分子材料的研究工作，主要研究方向为导电高分子和二氧化碳共聚物。编著专著一部，已在国内外杂志发表论文140余篇，获权美国专利2项、日本专利1项、中国发明专利61项，申报并公开国际专利2项，申报并公开中国发明专利61项。王献红研究员从1998年开始领导项目组进行二氧化碳的固定及其利用的研究，采用稀土三元催化剂，与内蒙古蒙西高新技术集团公司合作，于2004年2月建立了世界上首条千吨级二氧化碳基塑料的生产线，实现了二氧化碳塑料工业化从不可能到可能的突破，在世界上产生了重要影响。
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