二氧化碳化學(xué)利用(已修改)
2025-06-19 14:05 本頁(yè)面
【正文】 二氧化碳的化學(xué)應(yīng)用姓名:黃曉俊 學(xué)號(hào)：S1211W213摘 要：介紹了以CO2作為原料合成化學(xué)品的一些最新研究進(jìn)展。從CO2與HCHH2O、CH3OH等反應(yīng)可以制得甲醇、C2烴、合成氣、碳酸二甲酯等許多有價(jià)值的化學(xué)品，同時(shí)二氧化碳的化學(xué)利用對(duì)環(huán)境保護(hù)也極為有益。 關(guān)鍵詞：二氧化碳；化學(xué)利用；甲醇；C2烴；合成氣；碳酸二甲酯前言 二氧化碳是地球蘊(yùn)藏的最為豐富的C1資源。據(jù)估計(jì),地球上二氧化碳的含碳量是煤、石油和天然氣含碳量的十倍,達(dá)到1014t。另外,二氧化碳的潛在資源碳酸鹽在自然界的分布極廣,含碳量更高,達(dá)到1016t。但是，CO2也是主要的溫室氣體，主要來(lái)源于化石燃料燃燒排放。在現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展的今天，人向大氣中排放的CO2正以每年4%的速度遞增,這會(huì)給人類的生產(chǎn)、生活造成嚴(yán)重的影響，但限制排放在很大程度上影響現(xiàn)代工業(yè)和世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此如何有效地利用CO2正引起世界的關(guān)注。目前在化學(xué)方面，科研工作者把精力集中在將CO2作為替代C源來(lái)合成有用的化學(xué)品，如H2還原制備甲醇、CO2和CH4制合成氣和C2烴、CO2與甲醇反應(yīng)合成碳酸二甲酯等。本文主要介紹一些這方面的最新研究進(jìn)展。1 CO2加氫還原 制備甲醇 在該過(guò)程中通常存在以下反應(yīng)：CO2 + 3H2 → CH3OH+H2O △H298=CO2 + H2 → CO+H2O △H298=對(duì)CO2加氫合成甲醇，近幾年的研究主要集中對(duì)CuZn系主體催化劑的改性，包括添加輔助元素和催化劑的超細(xì)粉體化[1]。 叢昱等人采用溶膠一凝膠法、共沉淀法和共沸蒸餾法制備了一系列不同粒度范圍的超細(xì)CuZnO催化劑，并應(yīng)用BET,XRD,TEM和TPR等物理化學(xué)方法對(duì)催化荊的結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)進(jìn)行了表征．同時(shí)考察了催化劑上CO2加氫合成甲醇的反應(yīng)性能．結(jié)果表明，超細(xì)CuZnOZrO2催化劑具有粒度小、顆粒分布均勻和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)超細(xì)Cu—ZnOZrO2催化劑比大顆粒的工業(yè)CuZnOAl2O3催化劑具有更高的催化活性，而且隨著催化劑粒度的減小，甲醇合成活性進(jìn)一步增大。研究還發(fā)現(xiàn)，ZrO2具有穩(wěn)定反應(yīng)活性中心的作用。Sun Qi[2]等研究了制備CO2加氫制甲醇用的超細(xì)催化劑新工藝，新方法采用草酸鹽凝膠共沉淀法制備CuZnAl微粒催化劑，比傳統(tǒng)硝酸鹽共沉淀法制的催化劑具有更高的活性和比表面積。當(dāng)催化劑組分為m（Cu）：m（Zn ）：m（Al ）=6 ：3：1時(shí)，在220℃、2MPa 、3600h1 條件下,%,%%。 陰秀麗等人利用共沉淀法制備了四組分的CuZnAlMn和CuZnAlCe催化劑以及三組分的CuZnAl催化劑。利用組成H2/ CO/ CO2/ N2= 66/ 27/ 3/ 4(體積比)的富CO原料氣對(duì)催化劑進(jìn)行了活性評(píng)價(jià),并研究了溫度、壓力和空速等反應(yīng)條件對(duì)催化劑活性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加適量的錳助劑能顯著提高催化劑的活性和熱穩(wěn)定性。利用SEM和XRD方法進(jìn)行了催化劑的結(jié)構(gòu)和形貌表征,同樣表明錳助劑可以起到阻止CuO晶粒長(zhǎng)大和促進(jìn)CuO分散作用。利用富CO2 的生物質(zhì)原料氣體積比為H2/ CO/ CO2/ N2= 50/ 25/ 20/ 5對(duì)Cu2Zn2Al2Mn催化劑進(jìn)行的評(píng)價(jià)表明: CuZnAlMn催化劑上CO/ CO2加氫合成甲醇的甲醇產(chǎn)率和選擇性均有下降,在試驗(yàn)范圍內(nèi),甲醇產(chǎn)率下降11 %～25%，選擇性為93%～95%。[3]等人提出將Zn與Cu溶膠化合，可以得到一種表面積很大的微晶ZnO／CuO 物質(zhì)。該物質(zhì)在低溫（150300℃ ）對(duì) CO2生成甲醇有很好的活性。 由于CO2制甲醇的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，從熱力學(xué)角度考慮，較低的溫度更有利于反應(yīng)進(jìn)行，但是在較低的溫度下反應(yīng)速率會(huì)降低，因此如能及時(shí)移出反應(yīng)熱將有利于反應(yīng)進(jìn)行。 制C2烴白榮獻(xiàn)等[4]在復(fù)合催化劑上CO2加氫合成C2+烴類中介紹了由CO2+H2 合成C2+烴的幾種復(fù)合催化劑體系的研究進(jìn)展, 比較和評(píng)價(jià)了復(fù)合催化劑體系的活性和選擇性及其對(duì)C2+烴類生成的影響。著重于復(fù)合催化劑體系對(duì)C4+烴的生成及產(chǎn)物分布的影響并簡(jiǎn)述反應(yīng)機(jī)理。Nam等[5]用負(fù)載Fe的堿金屬離子交換過(guò)的Y型分子篩作催化劑對(duì)CO2加氫進(jìn)行研究,% ，% 。Fujiwara等[6]采用HY分子篩分別和CuZn的鉻酸鹽、FeZnO組成復(fù)合催化劑，在CuZn鉻酸鹽／HY催化劑上，CO2 % ，n（C2 +）／n（C2+C2+）=% 。用 FeZnO（4:1）／HY做催化劑時(shí),CO2 轉(zhuǎn)化率下降，烯烴選擇性提高，在350℃反應(yīng)溫度下CO2 % ，n（C2+ ）／n（C2+C2+ ）=% 。2 CO2與CH4反應(yīng) 要使惰性小分子氣體的CH4和CO2活化并進(jìn)行定向轉(zhuǎn)化, 其關(guān)鍵是選擇適宜催化劑。近年來(lái), 人們已在催化劑的選擇, 催化劑和積炭行為以及催化反應(yīng)機(jī)理等方面進(jìn)行了大量卓有成效的工作, 使這一問(wèn)題的研究日益深化, 也預(yù)示了這一工藝廣闊的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)意義。 甲烷與二氧化碳都是惰性小
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