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时间:2018-07-30
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1、背景:工业革命以来,矿物燃料煤,油和天然气的大量燃烧为现代工业和社会发展提供了廉价的能源,同时,也造成全球二氧化碳排放总量不断增长,随着空气中二氧化碳含量的急速攀升,全球平均接近地面的大气层温度也经历了前所未有的上升,而这种全球性的温度增量进一步导致其他方面的变动,包括海平面上升和降雨量及降雪量的变化。这些变动也许促使极端天气事件更强更频繁。除此之外,还会引起农业产量不稳定、冰河撤退、夏天时河流流量减少、物种消失及疾病肆虐等后果,已对人类的生存环境造成严重的威胁。因此,在满足人类对能源日益增长的需
2、求的同时,控制温室气体的排放总量是全球共同关心的环境问题,已引起各国政府、产业和学术界的广泛关注。在哥本哈根会议强调低碳经济,节能减排的同时,将已产生的大量CO2进行转换同等重要。研究现状:二氧化碳即使温室气体,又是储量丰富的碳资源,因此研究将二氧化碳转化成其他更有价值的有机产物具有重要的意义。目前二氧化碳催化转化的主要技术有:(1)合成甲烷气体;(2)加氢生成甲醇、二甲醚、甲酸等;(3)合成较为复杂的有机物。催化剂在这些转化技术中至关重要,也是极为复杂的研究部分。CO2的甲烷化技术CO2的甲烷化
3、反应为放热反应,适宜在较低的温度、较高的H2、CO2比例下进行,关键是选择性能良好的催化剂。大量研究发现AI2O3、SiO2、TiO2和MgO等负载的过渡金属Ru、Rh、Ni和Pd等催化剂都具有良好的催化CO2甲烷化的性能。Ru是二氧化碳甲烷反应中最具低温催化活性的金属。另外,由于甲烷仍是温室气体,且CO2的甲烷化生成的很大部分都是CO2—CH4的混合气体,于是就就有产生了甲烷二氧化碳的重整反应研究。在该项研究中,目前应所用的催化剂主要有两类:以Ni、Co为主的ⅧB族复合金属氧化物或负载在A
4、I2O3、SiO2、TiO2和MgO担载型催化剂;担载在AI2O3、SiO2、ZrO2和MgO上的贵金属(Ru、Rh、Ni和Pd)催化剂及其与稀土金属氧化物形成的复合氧化物。考虑到贵金属资源有限,价格昂贵和需要回收,目前国内研究大多集中于非贵金属催化剂上。研究结果表明,双金属催化剂比非金属催化剂有优越的催化红星和抗积碳性能。如何确定双金属的种类、含量和结构,以最大限度的提高催化剂的活性、抗积碳性能和稳定性,是甲烷二氧化碳重整反应今后重要的改进方向。CO2的甲醇技术甲醇作为一种基本有机化工产
5、品和环保动力燃料具有广阔的应用前景,二氧化碳催化加氢合成甲醇是合理利用二氧化碳的有效途径。20世纪60年代,统计甲醇合成催化剂诞生,甲醇合成改用低温低压工艺是甲醇和成历史上的重大变革。多年来国际对抵押合成甲醇催化剂的研究一直相当活跃,并有显著进展。赵云鹏等人研究了CuO、ZnO/ZnO2催化剂的制备方法及条件对催化剂活性的影响。按照CuO、ZnO、ZnO2质量比为1:1:2制备的二氧化碳加氢合成甲烷的催化剂,在反应温度为250℃,压力为1.0MPa,空速1600/h的条件下,确定了催化剂制备条件对
6、二氧化碳转化率的影响:采用并流沉淀法,沉淀温度为70℃,生成沉淀的pH为8--9,焙烧温度350℃,制备的CuO、ZnO/ZnO2催化剂的活性最好.虽然近几年来在CO2合成甲醇催化剂的性能、催化机理方面有所进展,但是总体来说,在一些长期有争议的机理方面的研究并没有大的突破。在反应机理和催化剂方面的研究较多,但工业化的比较少。CO2合成二甲醚二甲醚是一种绿色环保的气雾剂、致冷剂、重要的有机中间体及燃料,近几年CO2催化加氢制二甲醚的研究很热。二甲醚催化剂是甲醇催化剂和分子筛等脱水催化剂组成的复合催化
7、剂。刘志坚等制备的CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5二甲醚合成催化剂,二甲醚的转化率和选择性达到22.61%和45.90%。赵彦巧等在T=533K,P=3.0MPa,SV=1600h-1条件下考查CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5复合型催化剂催化CO2加H2合成二甲醚,目标产物二甲醚和甲醇的总收率为17.95%。CO2合成有机碳酸酯、恶唑啉酮类化合物碳酸丙烯酯是重要的化工产品,有着广泛的用途,随着现代工业的发展,碳酸丙烯酯的需求量越来越大。由环氧丙烷和二氧化碳制备环状碳酸酯这个研究领域
8、之很活跃,开发了不少新型催化体系,主要可分为均相催化和非均相催化两大类。均相催化剂通常活性较高,目前工业生产也是采用均相催化的方法。但均相过程往往需要大量的有毒溶剂,而且需通过高温蒸馏纯化物,工序复杂又浪费资源。非均相催化剂过程更以满足工业生产的需要,催化剂较易从反应系中除去,产物纯化更加间洁,但目前工艺催化率不高,并且一般需要有机溶剂以保持催化效率。为解决这样的矛盾,采用超临界二氧化碳作为反应介质,以二氧化硅负载离子液体为催化剂进行制备,反应后经过简单的过滤就可实现得到98%以上
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