中文摘要：

有效实施CO2的高效节能捕获和CO2浓度的定量检测是当前解决CO2排放问题的两个重要环节。在众多CO2捕获技术中，膜分离技术具有装置简单、操作方便、回收成本低等优点。已有膜分离技术中采用的中空纤维膜组件都是由有机材料制备的，存在膜组件成本较高、清洗困难、制备过程复杂、传质阻力大等问题。我们的研究发现采用多孔的无机氧化物材料制备的中空膜组件能很好地克服这些缺点，且具有稳定性好、使用寿命长等优势。离子电极式传感器是一种较为成熟的CO2气体传感器，具有灵敏度高、选择性好等优势，其主要的缺点是在CO2浓度较低时响应时间较长，为了有效解决这一问题，本项目的CO2分离技术首先对低浓度环境下的CO2气体进行捕获浓缩，然后将富集CO2的液体送至离子电极式传感器响应，进而间接推算可快速得到环境中CO2的浓度。本项目的研究为今后CO2的高效捕获和实用新型传感器在CO2检测物联网的应用推广奠定基础。

结论摘要：

本项目目的是基于新型的无机膜二氧化碳分离材料，实现无机膜和离子电极式传感器的密切结合，在二氧化碳高效吸附富集的基础上显著提高离子电极式二氧化碳传感器的响应速度，拓展测量浓度范围，为今后CO2的高效捕获和实用新型传感器在CO2检测物联网的应用推广奠定基础。 CO2捕获材料的设计和可控制备是本项目的重点工作。前两年的研究主要考察了不同类型的无机材料（包括二氧化硅材料、碳材料、金属氧化物材料和氮化碳材料）用于气相、液相环境中低浓度二氧化碳选择性吸附的性能，在此基础上对上述无机材料的结构和表面官能结构进行改性，实现二氧化碳吸附的无机膜材料前体粉末的可控制备。所制备的纳米碳笼材料的CO2吸附容量达到28.7 mg/g，N掺杂的介孔CeO2材料的CO2吸附容量达到6.56 mg/g，优于商品化活性炭。并初步从实验和理论两方面研究了无机膜粉体材料纳米结构和官能改性对其二氧化碳分离活性的影响。进而利用喷雾干燥和陶瓷挤压成型技术，实现无机膜器件的廉价稳定制备，为为今后CO2的高效捕获和实用新型传感器开发奠定了基础。 其次，在传感器期间研发方面，基于CO2捕获材料的无机膜，搭建了基于无机膜分离技术的新型离子电极式二氧化碳传感装置实验平台，基于NI控制模块编写了半自动监测的控制软件，通过反复的实验，部分解决了传统有机膜组件成本较高、清洗困难、制备过程复杂、传质阻力大等难题，且证明了无机膜材料具有稳定性好、使用寿命长等优势。并在传感器监测范围、灵敏度提高和微型化方面开展了一定的工作，传感器在1ppm的响应时间从10min缩短到20s，监测下限从15ppm降低到0.1ppm. 此外，我们在研究计划的基础上额外探讨了包括二氧化硅材料、碳材料、氮化碳材料和二氧化铈及其复合材料在光催化降解环境污染物和电化学上的应用。 通过项目工作的开展，我们在无机膜材料方面取得一定进展，有了阶段性成果，基本实现了CO2的快速富集和高效传质，并基于离子电极原理组装了新型CO2传感器，综合性能和经济性均优于商用传感器。但在传感器加工和微型化改进方面仍存在一定的不足，有待后续研究工作进一步拓展。