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。
近年来二氧化碳的捕集与利用成为学术界和工业界关注的热点。《二氧化碳捕集和利用》由该领域国内的学者编著，系统总结了该领域科学研究和工业化的新进展，并且介绍了作者研究团队多项具有自主知识产权的成果，具有很高的学术水平和参考价值，特予推荐。
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。
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 反应器设计及最优化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
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