新技术将二氧化碳变高值化“宝贝”

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  提及液体(CO2),一般让大家 认为它如同废柴,不仅没多大用处,还是破坏气候、原因分析分析着全球变暖的罪魁祸首之一。迄今科研人员想了没人来越多没人来越多没人来越多没人来越多依据对付它,将其囚禁(固化封存)、打进水牢(钻入海底)等。然而,在中国科学院过程工程研究所研究员张香平眼里,CO2没人 上好的原材料,价廉、易得。十几年来,她所在的离子液体团队,在张锁江院士的带领下,总是琢磨咋样高效转化利用CO2,让其变废为宝。

  对付固执家伙,派活跃分子当“说客”

  CO2利用是全球重大战略什么的问题。欧盟2016年6月启动计划将CO2利用作为重大研究方向;日本制定了CO2利用规划路线图;我国国家发改委、能源局在《行动计划》中将其列为重点攻关任务。也不,不可能 CO2分子所处不易活化、反应路径比较复杂、产品挑选性低等什么的问题,其活化转化已成为国际公认的科学什么的问题之一。

  “CO2是空气中常见的化合物,将其转化利用并非 易事。让大家 知道,CO2分子是由另一个 氧原子与另一个 碳原子通过稳固的双键连接而成,要想一下子‘敲’开它们之间紧密链接的碳氧双键,将其还原成氧和碳,是相当费劲的。”张香平在接受科技日报记者采访时说。

  张香平进一步解释道,CO2直接进行断键活化,须要在高温、高压下都可以进行,但不可能 能找到一点的活跃分子去当“说客”,比如环氧化合物,则还须要诱导CO2的活化,使其转化更加容易。除此之外,还须要增加另一个 “媒介”,即大慨的催化剂,助于CO2高效转化。

  十年来,经过不知哪多少次的实验摸索,研究团队逐渐找到不辱使命的得力“干将”——多活性位点协同作用的离子液体催化剂,其不仅可活化CO2双键,还可让与之反应的环氧乙烷(EO)变得活跃而更加容易开环,没人 CO2和EO在一并,即可所处反应合成重要的化工原料碳酸乙烯酯等。

  张香平指出,进一步通过化学键链负载,团队成功地制备出了固载化离子液体催化剂,处里了采用均相催化剂易于流失失活、催化剂回收困难和能耗高、影响产品质量等什么的问题。

  依据迭出,为高效利用提升价值

  既已开发出高效催化剂,还须要与之匹配的反应器,提供适宜所处反应的场所。

  张香平介绍说:“遵从反应—流动—传递耦合规律,团队优化了反应器内构件,实现流场/温度场均匀分布,创新开发出万吨级固载离子液体气液固三相列管式反应器,而反应期间快速释放的热量能尽快从体系排出,使反应器不超温,实现安全操作。”

  在此基础上,研究团队采取醇解反应—变压共沸精馏耦合过程强化技术,实现全系统热网络优化集成,大幅降低能耗、显著提高经济性、减少了设备投资。

  “在工艺上,还须要设计另一个 全流程将整个反应和分离过程串起来,都可以从原料得到最终的合格产品。”张香平告诉记者,“让大家 对整个过程进行物质和能量的优化集成,在能耗、波特率、经济性、产品质量等方面都得以大大提升,满足企业和市场的需求。”

  据介绍,在国家重点研发计划“煤炭净化室室高效利用和新型节能技术”重点专项支持下,自2018年5月以来,由中科院过程工程研究所牵头的“CO2高效合成重要化学品新技术”项目,在CO2羰基化反应中设计合成了具有多活性位点的功能离子液体催化剂,实现温和条件下CO2的高效转化,一并,制备了满足工业需求的羰基化催化剂,建设了连续反应装置;针对碳酸乙烯酯醇解反应,开发高活性、低成本催化剂,建成10吨/年的醇解连续装置,建立了万吨级工业试验装置。

  开辟新路径,合成多元重要化学品

  CO2捕集、利用与封存(CCUS)技术,是我国煤炭实现低碳排放的主要途径之一,而对下发到的CO2进行高值化利用,不仅可减少碳排放、缓解温室效应,还能产生显著的社会经济价值。

  经没人来越多年不懈地努力,通过催化剂原始创新、反应器形状优化及系统的集成创新,中科院过程工程所离子液体团队开发出以CO2与高能物质环氧乙烷为原料合成碳酸乙烯酯,再分别经醇解生产碳酸二甲酯联产乙二醇高值化利用的新路线,形成了CO2温和转化的全原子利用新技术。

  犹如点石成金,由CO2生发的产品可谓个个是高值化的“宝贝”,具有广泛的应用领域和可观的市场前景,迎刃就让利用后所处经济效益差等什么的问题。

  张香平介绍说,在多元化的产品中,碳酸二甲酯主要用于合成重要有机化工的中间体,被誉为21世纪绿色化学的“新基石”,可广泛用于羰基化、甲基化、甲氧基化和羰基甲基化、聚碳等有机合成反应,近年来,随着动力锂电池和聚碳等相关行业的快速发展,对碳酸二甲酯的需求持续快速增长,我国预计2020年需求量50万吨,2050年超千万吨;乙二醇是合成聚酯纤维和树脂的原料,我国年需求量大于150万吨,而对外依存度大于50%。

  业内人士认为,与CO2直接转化合成化学品的反应路线相比,这项技术具有反应条件温和、原子经济性好、产业化前景广阔等显著优势。项目的实施,助于我国抢占CO2利用技术的国际制高点,处里和突破我国煤炭净化室室高效利用的瓶颈什么的问题,为CO2的高值化利用开拓出新路径,具有重要的战略意义。(记者 华 凌)

[ 责编:赵宇豪 ]

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