Thống kê gần đây cho thấy, CO2 chiếm đến gần 77% lượng khí nhà kính được thải ra từ các hoạt động sản xuất của con người và đang không ngừng tăng lên. Trong
đó, lượng khí thải CO2 sinh ra do quá trình đốt cháy các nguồn nhiên liệu hóa thạch chiếm tỷ lệ cao nhất (57%) [8] (Hình 1.8).
12
Hình 1.8 Phân loại các nguồn khí thải nhà kính [8].
Các giải pháp cho vấn đề giảm lượng khí thải CO2 đã nhận được nhiều sự quan tâm trên toàn thế giới trong những năm gần đây. Trong sốđó, sử dụng vật liệu hấp phụ để lưu trữ khí CO2 và tách loại CO2 được xem là giải pháp đơn giản, hiệu quả và kinh tế nhất. Hiện nay, dung dịch amine được dùng để hấp phụ và lưu trữ khí CO2 ở
quy mô công nghiệp [16]. Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu này cơ những khuyết
điểm như tiêu tốn nhiều năng lượng cho quá trình giải hấp, gây ăn mòn và ảnh hưởng đến môi trường do lượng lớn amine lỏng được thải ra sau sử dụng[17, 18], v.v... Những vật liệu truyền thống như silica, zeolite, than hoạt tính, v.v. đã được nghiên cứu sử dụng cho hấp phụ CO2. Tuy nhiên, kích thước lỗ xốp lớn và diện tích bề mặt nhỏ làm hạn chế khả năng hấp phụ khí CO2 của những vật liệu này. Vật liệu mới – MOFs có những tính chất ưu việt vượt trội như kích thước lỗ xốp phù hợp và
điều chỉnh được, diện tích bề mặt riêng lớn. Do đó, MOFs đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như xúc tác, vật liệu mang thuốc, cảm biến, lưu trữ và tách khí, v.v…Trong lĩnh vực hấp phụ và lưu trữ khí, vật liệu MOFs cho những kết quả vượt trội như khả năng hấp phụ và tách loại khí cao. Tuy nhiên, đứng trước vấn đề về về
biến đổi khí hậu và ô nhiễm không khí do lượng khí thải CO2 không ngừng tăng, cần thiết phải phát triển những kết cấu vật liệu mới để giải quyết các vấn đề:
13
Nâng cao tính chọn lọc CO2 (selectivity) trong tách khí CO2/N2, CO2/CH4, CO2/CO, v.v…
Vật liệu hấp phụ bền với điều kiện thực tế sử dụng (bền với nhiệt, độ ẩm, tác nhân hóa học, v.v);
Có tính hiệu quả kinh tế cao: Dễ dàng tổng hợp, khả năng tái hấp phụ cao.
Cho đến nay, phần lớn các nghiên cứu sử dụng MOF trực tiếp làm vật liệu cho hấp phụ và tách khí CO2. Do đó, rất cần những nghiên cứu phát triển những kết cấu vât liệu mới nhằm cải thiện độ hấp phụ và lưu trữ khí CO2, cải tiện tính chọn lọc đối với CO2, nâng cao độ bền vật liệu, nâng cao khả năng tái sử dụng, phát triển những phương pháp tổng hợp mới để nâng cao hiệu quả kinh tế [19-25].