本書從世界能源結構尤其是中國的能源結構現狀和未來出發，總結梳理了二氧化碳的排放現狀，在此基礎上系統介紹了二氧化碳的捕集和利用技術的新進展。捕集技術中重點介紹了離子液體捕集技術、多孔金屬有機骨架材料捕集技術、極稀濃度二氧化碳的捕集技術等近幾年發展起來的新技術。二氧化碳的利用方面，重點介紹了二氧化碳作為碳氧資源化學固定為高分子材料和二氧化碳作為碳資源化學固定為能源化學品等技術。
本書可供化學、化工、發電、冶金等領域從事二氧化碳捕集的工程技術人員、從事二氧化碳利用的研發人員、企業和政府從事碳減排管理的管理人員閱讀參考。
近年來二氧化碳的捕集與利用成為學術界和工業界關注的熱點。《二氧化碳捕集和利用》由該領域國內的學者編著，系統總結了該領域科學研究和工業化的新進展，并且介紹了作者研究團隊多項具有自主知識產權的成果，具有很高的學術水平和參考價值，特予推薦。
王獻紅，中國科學院長春應用化學研究所研究員，博士生導師，國家自然基金委杰出青年基金獲得者（2002），曾任科技部“十五”“863” 新材料領域特種功能材料技術主題專家組成員、國防先進材料專家組成員。現任中科院生態環境高分子材料重點實驗室主任、吉林省人民政府決策咨詢委員會成員、國家科技支撐計劃項目“CO2化工利用關鍵技術研發與示范”首席科學家、國家自然科學基金創新群體項目負責人。擔任《高分子學報》、《功能材料》、《功能高分子學報》編委。
王獻紅研究員一直從事高分子材料的研究工作，主要研究方向為導電高分子和二氧化碳共聚物。編著專著一部，已在國內外雜志發表論文140余篇，獲權美國專利2項、日本專利1項、中國發明專利61項，申報并公開國際專利2項，申報并公開中國發明專利61項。王獻紅研究員從1998年開始領導項目組進行二氧化碳的固定及其利用的研究，采用稀土三元催化劑，與內蒙古蒙西高新技術集團公司合作，于2004年2月建立了世界上首條千噸級二氧化碳基塑料的生產線，實現了二氧化碳塑料工業化從不可能到可能的突破，在世界上產生了重要影響。
第1章 二氧化碳的排放1
1.1 能源結構變遷與二氧化碳排放1
1.1.1 能源結構變遷1
1.1.2 二氧化碳的排放3
1.2 二氧化碳問題的紛爭7
1.2.1 二氧化碳引起的氣候變化8
1.2.2 氣候變化造成的影響10
1.3 可能的解決方案15
1.3.1 減少二氧化碳的排放15
1.3.2 CO2的捕集和儲存16
1.3.3 二氧化碳的利用16
1.3.4 減少二氧化碳排放的政策與工具17
1.4 未來能源結構下二氧化碳的排放——評述與展望19
參考文獻20
第2章 集中排放二氧化碳的捕集23
2.1 二氧化碳捕集的理論基礎23
2.1.1 燃燒后脫碳24
2.1.2 燃燒前脫碳24
2.1.3 富氧燃燒技術25
2.2 集中排放二氧化碳的捕集26
2.2.1 物理吸附和解析技術26
2.2.2 物理吸收技術34
2.2.3 化學吸收和解析技術36
2.2.4 物理與化學聯合捕集技術43
2.2.5 膜分離技術48
2.3 食品級二氧化碳的提純56
2.3.1 食品級二氧化碳的主要應用領域56
2.3.2 食品級二氧化碳提純技術58
2.4 二氧化碳捕集新技術63
2.4.1 離子液體技術63
2.4.2 多孔金屬有機骨架吸附技術66
2.5 本章總結與展望70
參考文獻70
第3章 極稀濃度二氧化碳的捕集77
3.1 空氣中CO2濃度及變化趨勢77
3.2 氣候變暖帶來的問題78
3.3 從空氣中捕集二氧化碳的迫切性79
3.3.1 生物體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術（CCS）的局限性80
3.3.3 空氣中直接捕獲CO2的技術81
3.4 DAC技術的能耗分析82
3.5 DAC吸收塔的設計84
3.6 用于DAC的吸附劑86
3.6.1 無機吸附劑86
3.6.2 負載化的有機胺吸附劑90
3.6.3 陰離子交換樹脂95
3.7 解吸的技術96
3.8 DAC的費用以及可行性97
3.9 總結和展望98
參考文獻99
第4章 二氧化碳作為碳氧資源化學固定為小分子化合物104
4.1 二氧化碳的分子結構和物化性能104
4.1.1 二氧化碳的分子結構104
4.1.2 二氧化碳的物理性質105
4.1.3 二氧化碳的化學性質106
4.2 二氧化碳固定為尿素107
4.2.1 尿素簡介107
4.2.2 尿素生產理論基礎107
4.2.3 尿素工藝發展概況108
4.3 二氧化碳制備環狀碳酸酯109
4.3.1 催化劑發展史109
4.3.2 二氧化碳與環氧化物加成反應的機理118
4.3.3 新型環狀碳酸酯的合成和反應性能121
4.4 二氧化碳固定為無機碳酸鹽125
4.4.1 二氧化碳固定為碳酸鈉125
4.4.2 二氧化碳固定為碳酸鈣128
4.5 二氧化碳固定為水楊酸132
4.5.1 水楊酸的合成方法132
4.5.2 水楊酸的應用133
4.6 二氧化碳直接與甲醇反應制備碳酸二甲酯134
4.6.1 催化劑發展史134
4.6.2 脫水劑的使用139
4.6.3 CO2和甲醇反應直接制備DMC的反應機理140
4.7 二氧化碳制備甲基丙烯酸142
4.7.1 基本原理143
4.7.2 催化劑發展史144
4.8 評述與展望145
參考文獻146
第5章 二氧化碳作為碳氧資源化學固定為高分子材料153
5.1 二氧化碳參與的聚合反應153
5.1.1 二氧化碳與炔烴/二鹵代物的縮聚反應153
5.1.2 二氧化碳與二元胺的縮聚反應154
5.1.3 二氧化碳與二元醇鉀鹽/?,??-二鹵代物的縮聚反應154
5.1.4 二氧化碳與烯烴化合物的共聚反應155
5.1.5 二氧化碳與二炔類化合物的共聚反應155
5.1.6 二氧化碳與環硫化合物的共聚反應156
5.1.7 二氧化碳與環氮化合物的共聚反應156
5.1.8 二氧化碳與環氧化合物的共聚反應156
5.1.9 二氧化碳參與的三元共聚反應166
5.2 二氧化碳-環氧化物共聚物168
5.2.1 非均相催化劑169
5.2.2 均相催化劑183
5.2.3 二氧化碳-環氧丙烷共聚物的結構與性能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 二氧化碳制備聚碳酸酯醚多元醇241
5.3.2 二氧化碳基聚氨酯的結構與性能248
5.4 非光氣路線制備聚碳酸酯249
5.4.1 碳酸二甲酯的制備方法250
5.4.2 從碳酸二甲酯制備碳酸二苯酯的方法255
5.4.3 碳酸二苯酯與雙酚A的縮聚反應261
5.5 非光氣路線合成聚氨酯263
5.5.1 非光氣路線制備異氰酸酯264
5.5.2 非異氰酸酯路線制備聚氨酯268
5.6 評述與展望269
參考文獻270
第6章 二氧化碳作為碳氧資源化學固定為能源化學品280
6.1 二氧化碳加氫制備甲醇280
6.1.1 二氧化碳制備甲醇的理論基礎280
6.1.2 催化劑發展史284
6.1.3 反應器設計及最優化288
6.1.4 工業化實踐289
6.2 二氧化碳制備甲酸289
6.2.1 二氧化碳制備甲酸的理論基礎290
6.2.2 催化劑發展史290
6.2.3 機理研究297
6.3 二氧化碳加氫制備一氧化碳299
6.3.1 催化劑300
6.3.2 反應器301
6.3.3 反應機理301
6.4 二氧化碳加氫制備甲烷303
6.4.1 二氧化碳加氫制備甲烷的理論基礎303
6.4.2 催化劑發展304
6.4.3 反應機理307
6.5 二氧化碳加氫制備碳氫化合物309
6.6 評述和展望312
參考文獻312
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