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保护环境,CO2再利用势在必行!

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-08-28 09:18:00【

  二氧化碳气体是主要的温室气体之一,截至2013年5月,地球大气层中的二氧化碳浓度曾一度超过400ppm(百万分之400或0.04%)。目前的浓度比工业化之前的280ppm浓度高得多,而人为因素是导致二氧化碳浓度急剧上升的主要原因。释放出的二氧化碳中,57%进入大气层,其余的则进入海洋,造成海洋酸化。为了减少CO2气体的排放,对已经产生的二氧化碳气体进行回收再利用也就势在必行。目前已有不少科学家在着手研究这一课题,接下来纽瑞德特气小编月月为大家介绍一下。

 

  要将二氧化碳进行化学反应,首先我们应了解它是一个非常稳定的化合物,因此要将之转换成为其它有用的化学品大多是很耗能的,因此发展适当的催化剂来降低能量的耗费是很重要的。此外,如果耗费的能量是来自于天然的碳资源,那将仍然无法达到碳均衡的目的,因此透过太阳能来取得能量也是重要的方向。



  目前工业上将二氧化碳转换所得的制品,包括一些无机碳酸盐、尿素、水杨酸、碳酸伸乙酯(ethylene carbonate)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate)、和碳酸酯聚合物。当然除了制造这些产品,二氧化碳还有许多其它的用途,如何扩大它的使用是一个必须走的方向。

 

CO2转化-纽瑞德特气



  理想上,如果能将二氧化碳很有效率的转换成为甲醇、甲烷或高碳数的碳氢化合物,将可达到循环使用的目的,其中甲醇更可以用来合成许多有用的有机化合物,再一度的,前提是这些转换不能因为耗费火力发电的能源,导致更多二氧化碳的排放。上述的几个转换属于还原反应,原则上可以使用氢气以及发展适当的催化剂来达成,现在工业界使用的氢气来源是透过甲烷的蒸气重组反应(steaming reforming;式2),所得到的氢气和一氧化碳,再经过上面提及的水煤气转化反应(式1)得到更多的氢气,但同时产生二氧化碳。由于甲烷的蒸气重组 反应是个吸热反应,相当耗能,但氢气其实也可以透过水的电解而得,若能搭配太阳能,将会是很理想的氢气来源;以下简介上述几个还原反应目前之发展。


  二氧化碳与氢气合成甲烷或高碳数的碳氢化合物


  目前用氢气将二氧化碳还原成甲烷所使用的催化剂,活性和选择性最好的,应属钌(Ru)附著在TiO2担体上之系统。有关合成高碳数的碳氢化合物,在此先介绍费雪-阙布希法(Fischer-Tropsch process),这是一个工业上将一氧化碳与氢气转换成为高碳数碳氢化合物的重要方法(式3),常用的催化剂是铁、钴和钌的系统。



  由于费雪-阙布希法是已经存在的工业法,因此寻找催化系统,能将二氧化碳先转换成一氧化碳的中间物,接著进行费雪-阙布希法,就有机会直接合成高碳数的碳氢化合物。目前铁的系统效果最好,但产生甲烷副产物仍是主要的问题,选择性仍待提高。


  二氧化碳与氢气合成甲醇


  工业界合成甲醇是透过一氧化碳和氢气反应而得,使用的催化剂是利用一些金属搭配铜或锌的氧化物,例如Cu/ZnO/Al2O3,反应温度为230-280 oC,压力为50-120atm,同样的组合也可用来将二氧化碳还原成甲醇,但目前甲醇的产率还不够高。虽然这种製程在三十年前就已经可行,但商转也是到了2011年才开始出现。研究显示催化剂担体的型态(morphology)与催化剂的活性息息相关,化学家对此类反应的反应机构亦不断的研究,更搭配理论计算去寻找最佳的催化剂。


  反应机制的研究显示上例催化剂中铜是主要的活性位置,ZnO则是重要的担体,它影响铜的型态以及稳定铜那个重要的活性型态。Al2O3则有促进活性和选择性的效果,这可能是有助于铜的分散。

此文关键字:二氧化碳