??? 二氧化碳（CO2）是大气中不可或缺的成分，也是生命活动、生活生产的重要参与者。但同时，作为引起全球温室效应的“元凶”之一，CO2浓度的失控也会带来灾难。

　　当地时间11月25日，世界气象组织（WMO）在日内瓦发布的新一期《温室气体公报》指出，2018年全球CO2平均浓度已达407.8ppm，是1750年工业化前的147%.今年5月11日，位于夏威夷的美国国家海洋和大气管理局（NOAA）莫纳罗亚气象台监测到，大气中的CO2浓度达到415.26ppm，这是人类历史上大气CO2浓度首次超过415ppm.

　　人类已经意识到，有必要对“顽劣”的CO2进行“再教育”。遗憾的是，传统的工艺路线存在成本高、能耗多、效率低等问题。与这些烧钱的“老学究”相比，中国科学院过程工程研究所离子液体与绿色工程研究部团队发现，离子液体可能是目前对CO2实施“再教育”的最好导师。

　　CO2捕集呼唤新思路

　　据国际能源署（IEA）统计，由于化石燃料的大规模使用，目前全球每年向大气中排放的CO2总量约323亿吨，已经远远超出了地球环境容纳能力。如何控制大气中CO2含量？一方面，通过限制碳排放并推广低碳技术，从源头减少CO2排放；另一方面，对工业气体中的CO2进行捕集和资源化利用。

　　我国在“十三五”规划中设定了单位国内生产总值CO2排放量下降18%的减排目标，推动CO2捕集和资源化利用也成重点任务。然而，在相当长的时间里，CO2捕集和资源化利用技术未能取得实质性突破。要降低CO2捕集能耗，必须开发新型吸收剂。

　　为此，过程所离子液体团队针对国家碳减排重大战略需求，围绕离子液体清洁工艺，形成从基础研究到产业应用的贯通式研究思路，提出了离子液体法捕集和资源化利用CO2的新技术。

　　寻找合适的离子液体

　　离子液体是一种由阴阳离子构成的室温下为液态的新型介质。独特的阴阳离子结构，使其具有低挥发性、高溶解性和选择性以及结构可设计性等特点，可在较大温度、压力以及组分范围内实现CO2大规模。然而，由于其种类繁多、结构特殊，传统的溶剂筛选方法往往不适用。同时，气体在离子液体中的传递行为与在常规有机溶剂中迥异，无法应用通用的流动传递模型设计工业装置。

　　为了更好地预测离子液体的物理性质，团队首次提出了基于“离子片”的预测方法，实现了离子液体高效筛选和多目标优化反向设计，并开发出了咪唑、吡啶、季膦、胍类、氨基及双氨基等几十种适用于CO2捕集分离的吸收剂。CO2的吸收容量和反应速率显著提高。建成的8万标准立方米/年的生物气脱碳装置，可实现85%的CO2脱出率，能耗较有机胺法降低30%.同时，开发的离子型抗降解剂，可使吸收剂运行过程中的降解性能大大降低，大大提高了吸收剂的运行稳定性，延长了使用寿命。

　　同时，研究人员对CO2在离子液体体系中的传质过程进行了深入研究并建立了相关模型，实现了对离子液体反应器内气泡直径、位置以及液相中CO2浓度分布的精确预测。他们还开发了基于离子液体的脱碳节能新方法——离子液体多级闪蒸工艺，比传统的醇胺工艺节能60%以上。基于该技术，我国有望建成全球首套离子液体法脱碳的工业示范装置。届时将实现CO2捕集率大于90%，CO2纯度大于99%，投资及捕集成本较传统MEA工艺降低30%.

　　让懒惰的CO2变活泼

　　CO2捕集并非终点，实现低本、高效、绿色的资源化利用才是减缓温室效应的根本途径。然而，CO2是一种具有较强的热力学稳定性和动力学惰性的气体。如何使其高效活化，是许多科学家所感兴趣的话题。

　　研究表明，离子液体可以使CO2分子活化，尤其是在CO2电化学还原中表现出了较高的催化反应活性。因此，离子液体中CO2的活化和转化也成为颇受国际关注的研究前沿和热点。

　　究其机理，一方面，由于离子液体对CO2较强的溶解能力，可有效提高反应相中CO2分子浓度，进而提高平衡转化率；另一方面，离子液体与CO2间较强的氢键、静电及适中的化学作用，使CO2双键被部分活化，键角和键能发生显著变化。

　　过程所离子液体团队对离子液体在电催化还原CO2中的作用机制进行了更为深入具体的研究。团队设计合成了一系列功能化咪唑基离子液体用于CO2电化学还原制甲酸。研究发现，相较常规离子液体，CO2在功能化离子液体[Bmim][124Triz]介质中反应效果远高于常规离子液体。功能化离子液体对CO2起到了很好的活化作用，降低了CO2电还原为CO2-自由基的反应电位。同时，在功能化离子液体介质中，电极表面的离子和反应分子的传输速率更快。

　　CO2绿色利用有“化”说

　　目前CO2转化利用主要是通过化学反应来生产甲醇/一氧化碳、乙基纤维素（EC）/碳酸二甲酯（DMC）/尿素及多聚物等液体燃料和化学品。这些中间产物进一步可以合成醇醚、甲烷燃料、乙烯/乙二醇/碳酸酯/聚碳/异氰酸酯等大宗或重要化学品。

　　团队历经15年，开发了以环氧乙烷与CO2为原料生产DMC联产乙二醇工艺技术。相比于传统的环氧丙烷酯交换法和甲醇氧化羰基化法，其技术路线的核心在于，以乙烯氧化制环氧乙烷排放的CO2废气为原料，使其在离子液体催化剂的作用下，与环氧乙烷通过环加成反应生成EC