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【转载】中国科学家突破二氧化碳直接制汽油技术  

2017-06-23 12:23:19|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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中国科学家突破二氧化碳直接制汽油技术 - 真心阳光 - 《真心阳光》博客

                                                                       二氧化碳转换示意图。

  空气中常见的二氧化碳,可以直接制成汽油、柴油、液化石油气吗?中国科学家给出了肯定答案。

  近日,中科院低碳转化科学与工程重点实验室暨上海高研院—上海科技大学低碳能源联合实验室在二氧化碳(CO2)利用领域取得重大进展,创造性地采用氧化铟/分子筛双功能催化剂,实现了CO2一步转化高选择性得到液体燃料(汽油等高碳烃类化合物)。该研究成果于近日在《自然-化学》杂志上在线发表,并已申报中国发明专利和国际PCT专利。

  一,为什么要把CO2变成汽油?

  由于能源需求的日益增长,化石燃料的消耗与CO2排放总量快速上升,而替代能源(太阳能、风能等)大规模使用却受限于其固有的间歇性、波动性与随机性。汽油和航空煤油等烃类化合物是重要的液体运输燃料,在世界范围内应用广泛、具有很高的经济价值。诺贝尔化学奖获得者奥拉教授提出了“人工碳循环”的概念,如果借助替代能源将CO2直接转化为液体燃料,可使得整个碳循环有效。因此,科学家们借助可再生能源电解水制得的氢气,将CO2转化为有用的化学品或燃料,可一举三得——帮助解决大气中CO2浓度增加导致的环境问题、化石燃料的过度依赖以及可再生能源的存储问题。

  目前,CO2资源化利用的研究主要集中在甲醇甲酸甲烷等简单碳一(C1)分子化合物的合成,由于CO2分子的化学惰性以及C–C键形成的动力学障碍,将其转化为含有两个碳原子及以上的产物,仍然是一个巨大挑战。长期以来,由于缺乏有效的催化剂体系,将CO2直接合成高碳烃类化合物的研究较少。现有的CO2合成高碳烃类化合物的研究主要围绕改性的铁基费托催化剂,副产物甲烷通常大于6%。中科院低碳转化科学与工程重点实验室将C=O键活化与C–C键偶联功能有效耦合在一起,成功设计出了In2O3/HZSM-5双功能催化剂,在CO2高选择性转化为高碳烃方面取得突破。烃类产物中,汽油烃类组分(C5至C11)的选择性高达近80%,而CH4小于1%。此外,研发团队已完成了催化剂制备放大并得到高机械强度的工业尺寸颗粒催化剂,在工业条件下该催化剂体系具备了示范应用的条件。

  除了汽油烃类组分,通过调控该催化剂体系的分子筛孔径,还可以高选择性地将CO2直接转化为液化石油气乃至柴油。

  该工作得到了《自然-化学》审稿人的高度评价,被认为是CO2转化领域的一大突破,为CO2转化为化学品及燃料提供了重要的平台。

  二,二氧化碳如何制取汽油?

         由于CO2分子相对稳定,难以活化;其次,在选择性转化方面,CO2与氢分子的催化反应更易生成甲烷、甲醇、甲酸等小分子化合物,很难生成长链的液态烃燃料。科学家们研发出一种高效稳定的多功能复合催化剂,包括三种相互兼容、相互补充的活性位:Fe3O4、Fe5C2和酸性位,二氧化碳在这三种活性位的帮助下实现转化。对三活性位结构和空间排布的精准调控是实现CO2加氢制汽油的关键。具体来说,CO2首先在Fe3O4活性位上经逆水气变换反应还原为CO;生成的CO在Fe5C2活性位上作费托合成反应,转化为α-烯烃;随后,该烯烃中间物迁移到分子筛上的酸性位上,选择性生成汽油馏分烃。

三,二氧化碳制取汽油有哪些优点?

       二氧化碳制取汽油的优点主要体现在环保、经济等方面。

       首先,二氧化碳作为温室效应的源头,如果将其回收并制成汽油,有利于发展绿色环保的可持续发展道路;其次,作为一种潜在的替代化石燃料的清洁可再生燃料,二氧化碳制取的汽油可减轻对传统的化石能源的依赖,同时,对二氧化碳的回收利用可实现一些经济效益,促进循环经济健康发展;再者,该技术还可为间歇性可再生能源如风能、太阳能、水能等的利用开辟新途径。

      据《文汇报》报道,科学家研制出的复合催化剂具有良好的稳定性,可以持续稳定运转1000小时以上,为这种汽油的稳定产出奠定了基础。在以提倡清洁能源为主的今天,利用二氧化碳制取汽油可以构建“永不枯竭”的大油田,其潜在的应用前景十分广阔。

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