1.文献综述
1.1 二氧化碳排放对环境的影响
自工业革命以来，随着科学理论和科学技术飞快发展，世界范围内工业化的进程不断加快，人类所创造的庞大的各项产业不仅给人们的生活带来了翻天覆地的变化，也对我们生存的环境和气候变化带来了极大的影响。而今气候变化的剧烈程度，已然使其成为了全球共同面临的重大挑战之一[1]。
温室效应，是因人们过多的使用化石燃料导致如二氧化碳等的温室气体大量排放而导致的，同时它也是气候变化的主要推手之一。在工业革命以前，二氧化碳的排放来自于自然环境动植物和人类的呼吸作用，部分来自于森林大火、海洋上升流或物质腐败的二氧化碳，其中植物、细菌和藻类等呼吸作用产生的二氧化碳的量大约等于它们光合作用吸收的量，海洋中吸收和释放的碳总量也处于平衡，地表上循环的碳总量通常是稳定的，即二氧化碳浓度约为280ppm。但在250年后的如今，二氧化碳的浓度预估已经涨到了387ppm，这其中大量的增长都来源于化石燃料如煤和石油的燃烧。即使大气中二氧化碳的占比只有不到1%，但其不断增加的浓度导致愈演愈烈的温室效应，已经使得全球变暖具有不可忽略的趋势[2]。更令人吃惊的是, 在20世纪气温最高的10年中, 有9年都集中在1980年以后, 而且自15世纪起, 我们所生活的20世纪已经成为气温最高的一个世纪[3]。
温室气体在大气中的含量不断增加，从而导致的温室效应和全球气候的变化，将会威胁到人类自身的生存和发展。我国能源资源的特点是“多煤、少油、贫气”，这决定了煤炭是我国目前和未来相当长时间内的主要能源。据中华人民共和国生态环境部发布的《2018中国生态环境状况公报》，随着我国经济结构和能源结构转型，2018年煤炭消费量占我国能源消费总量的比重降低到59%，万元国内生产总值CO2排放比2005年下降45.8%[4]。但是，由于我国国内生产总值的快速增加，CO2 排放总量不断增长，节能减排仍然任重道远。另外，根据国际能源机构（International Energy Agency）发布的《Global Energy amp; CO2 Status Report2018》，2018年全球CO2 排放总量为331亿吨，而全球运行、在建或重点建设的“碳捕集利用和封存（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS）”项目只有43个，大气中CO2含量的控制仍面临着巨大的挑战[5]。
从上世纪80 年代开始，温室效应引起的全球变暖问题开始受到广泛的关注。2007年IPCC ( Intergovernmental Panel on Climate Change) 的报告指出: 随着工业化的兴起，1970至2004年期间人类活动所产生的温室气体排放量增加了至少70%，二氧化碳、甲烷以及一氧化二氮的浓度分别从工业革命前的2. 80times;10－4、7. 15times;10－7 以及2. 70times;10－7 增加到了2005年的3. 79times;10－4、1. 774times;10－6和3. 19times;10－7。温室气体的排放经常被简称为“碳排放”，碳排放带来的影响也早已从一个专门的科学研究问题，扩展成为受国际各方广泛关注的政治、经济、环境问题的综合体。碳排放导致了全球气温升高、气候变暖、海平面上升等现象，世界各国都积极参与碳排放的管控和减排工作。据世界能源新闻伦敦报道，全球金融市场数据及基础设施提供商Refinitiv近日发表的一份报告显示，全球碳市场的总价值在2019年增加了34%。达到了1940 亿欧元。我国既是能源利用大国，同时也是碳排放大国，在坚持可持续发展的道路上，碳排放管理和减排工作是我国必须要面对的重要问题，同时也是是我国大国责任的体现[6]。
1.2 二氧化碳的传统捕集技术及其局限性
化学吸收法是目前应用较为广泛且技术较为成熟的一种方法。它是利用化学溶剂与CO2 发生可逆的化学反应以达到吸收和解吸CO2的目的，因此合适的吸收剂尤为重要。目前化学吸收法常见的吸收剂包括：氨水、离子液体、碳酸钾溶液、醇胺溶液。Hsunling Bai提出采用氨水作为吸收剂捕集CO2，并通过试验证明了氨水对CO2的捕集具有低能耗、低腐蚀性，且优于传统乙醇胺（MEA）溶液。但是氨水具有高挥发性,运行中将会有大量氨逃逸，容易对环境造成二次污染。如何控制氨挥发成为工业上应用的一个关键性难题。
长期以来，工业上常用的煤燃烧后烟气脱除CO2的方法是利用30%(质量分数)醇胺水溶液作为吸收剂，但是这种吸收剂的再生能耗高[7]。
因醇胺吸收剂具有吸收CO2速率快、负载量大、价格低廉等优势，在工业上广泛应用。然而醇胺法也存在不足，解吸CO2 的能耗占捕集总能耗的70%～80%，导致解吸占整个CCUS成本的60%以上，总的来说，有以下缺点：
（1）捕集工艺能耗大。在捕集系统中，高温的烟气必须通过降温后才能进入吸收塔，浪费了气初始的余热回收利用，增大了操作工艺的能耗；
（2）吸收剂循环效率低。运行过程会造成氧化损耗，在捕集过程中需不断补充，吸同时会对设备产生腐蚀以及发泡等不良影响；
（3）CO2回收成本高；
