基于二氧化碳、水、太阳能的绿色化工精炼（英文）

化石资源为人类提供了不可或缺的化学品、材料以及燃料,但也造成了大量二氧化碳排放。生物质是可以生产低碳化工产品的可再生资源,但要占用有限的可耕地资源。提出了直接以二氧化碳、水和太阳能为原料的绿色化工精炼。采用光电板收集太阳能并转化为电能,电能通过膜式水电解池产生氢气,氢气通入新型生物反应器并在自养菌的作用下把二氧化碳还原为聚三羟基丁酸酯(PHB)。此新型生物反应器解决了因气体溶解性低而影响传质速度的关键技术,微生物干重产出达0.18 g·L-1·h-1,其中PHB质量分数约50%。PHB不仅是优良的可生物降解塑料,也是可用于生产C3~C4有机低分子和芳香烃的平台化合物。在磷酸催化作用下,PHB可转化为与汽油相当热值和元素组成的C4~C16燃料油。分离PHB后的细菌生物质残渣可水热分解获得生物油和富氮水相产物。此生物油具有比植物生物油更高的热值,而水相产物可作为营养物用于培养微生物。     

以CO2为原料的绿色生物制造

温室气体积累而导致的全球性气候变化引起了人们的广泛重视,因此科学家通过不同的方法在CO₂固定方面进行了诸多的探索与研究,例如化学转化、酶催化及微生物转化等。而微生物的多功能性使得其具有将生物质、生物废物和二氧化碳作为原料来生产生物燃料及化学品等物质的优点。本文对天然存在于微生物体内的、可以固定CO₂的途径进行了一定总结,并主要阐述了利用生物法或生物电化学法等方法将二氧化碳绿色地转化为化学品或生物质能源的相关工作。另外,对以粮食为原料的第一代生物制造以及以非粮食的生物质为原料的第二代生物制造方法及效果进行了评价,同时提出了以CO₂为原料的第三代绿色生物制造的概念。最后预测了在利用二氧化碳进行生物转化的未来发展中所需的关键技术与发展走势。     

玉米秸秆棒状燃料热解过程和产物特征研究

以玉米秸秆棒状燃料为原料,在固定床反应器上探究热解温度对玉米秸秆棒状燃料热解过程和热解产品性质的影响。研究发现,随着热解温度的升高,热解气体产量增加,固体炭产量逐渐减少,生物油产量先增后减在450℃时达到最大值35.61%。对固体炭进行工业分析,发现其灰分含量较高;FT-IR分析表明:玉米秸秆棒状燃料的热解反应主要发生在650℃之前;SEM图显示断截面表现为蜂窝状的孔结构。生物油的GC-MS分析表明:在250~750℃下生物油的组成主要是呋喃、酮、醛和酚类等含氧化合物,其中酚类和呋喃类化合物是含量最多的物质;而在850~950℃下以多环芳烃类化合物为主。热解气的主要组成是CO₂、CO、CH₄和H₂,同时有少量的C₂H_n化合物,在250~450℃范围内,气体的主要组成是CO和CO₂,随着温度升高,CO、H₂、CH₄和C₂H_n逐渐增加,热解气的热值逐渐增加,在650℃下气体产品的热值已达到13.05 MJ/m³,当温度大于650℃后,热值增加速率变慢。     

生物油水蒸气催化重整制氢研究进展

氢气作为重要的清洁能源和化工原料,目前主要来源于化石燃料,而生物质经快速热解制得生物油用于水蒸气催化重整制氢被认为是一种高效、环保、经济的可再生能源制氢途径。本文首先综述了近年来生物油水蒸气催化重整制氢相关反应原料;然后重点讨论了生物油水蒸气催化重整反应催化剂研究近况;总结了生物油水蒸气重整反应机理与动力学分析;最后列举了重整反应器等方面的研究进展。相比于生物油,生物油模型化合物因结构简单、转化率与氢气收率高,得到广泛研究;以Ni为代表的活性金属组分催化活性高,金属间协同作用强;不同类型的载体可增强催化剂的稳定性,碱性载体还可吸收CO₂、提高催化剂抗积炭、防烧结等方面的性能;不同结构的反应器在性能方面表现各异,主要以固定床反应器为主。研制高活性、稳定性强的催化剂,提高重整反应的循环稳定性,并总结最符合动力学规律的反应机理,以及研发高效的反应器是今后生物油水蒸气催化重整制氢研究的重点。     

液化气C4组分异构化研究及应用

在实际生产过程中,MTBE装置加工后的剩余C₄中含有大量非活性C₄烯烃,该部分烯烃随着液化气作为产品进行销售,对于液化气中的C₄造成浪费。提出将MTBE装置剩余C₄引入汽油加氢醚化装置异构化反应器进行异构化反应,将剩余C₄中的非活性烯烃转化为活性烯烃,再将异构化产物送至MTBE装置原料缓冲罐中作为MTBE装置原料进行反应。通过调研后得出,异构化反应器催化剂对剩余C₄中的非活性烯烃转化率可达30%,异构化反应产物与进料对比,异丁烯含量上升约3%,可有效提高MTBE装置产品产量。     

CaO表面更新对微拟球藻催化热解制备生物油的影响

分别以水合化法和热缺陷法对CaO进行表面更新,用N₂物理吸附(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和CO₂吸附技术对表面更新后的CaO进行了结构表征,并利用制备的CaO在管式炉内对微拟球藻进行了催化热解研究.结果表明:两种更新方法均能明显提高CaO的比表面积、介孔数目及孔体积.CaO的表面更新处理没有改变基本的晶相结构,仍为立方晶型.两种更新方法均能显著提高CaO的催化活性,且改善了产物油品的性能.相比较而言,水合CaO的催化脱氧性能较高,催化热解得到的生物油产率为28.65%、含氧量为4.67%、热值高达38.600 kJ·g^-1、运动黏度低(8.011 mm²·s^-1)、含水率低(2.49%),且催化热解后的生物油以C₁₂～C₁₇饱和直链烷烃为主,适合进一步精制为生物柴油.     

水热法处理浮萍生物质制取生物油

水热液化法是生物质一种行之有效的热化学转化方法。生物质水热液化以生物质为原料,利用水作为反应介质,通过热解液化制取生物原油。与快速热解液化技术相比水热液化不需对生物质进行烘干预处理,操作条件相对温和,对设备要求相对较低,易于实现工业化,且液化所生成的生物原油含氧量低、热值高。此外,用水热液化法直接处理浮萍不但能将其油份转化为生物油,而且其中的淀粉以及其它有机成分也可一并转化。本研究采用间歇式不锈钢反应釜,在水热环境下,系统考察了温度(270～380℃)、反应时间(10～120min),浮萍添加量(0.5～5.5g),催化剂(K2CO3)添加量(0～50%)等因素对浮萍液化产物分布的影响规律。研究发现,温度、反应时间、反应物浓度以及催化剂4个因素均对液化产物分布用影响,且K2CO3的存在不利于浮萍的水热液化。在温度为350℃,反应时间为30min,浮萍添加量为3.5g时,浮萍可基本完全转化,此时所得生物油产率最大(19.76%,质量分数)。在所考查的实验条件下,所得生物油的热值为32～35 MJ/kg。与原料相比,液化油中的C、H以及N的含量明显升高,O的含量明显下降,H/C比和S的含量略微有所下降。水热液化所得生物油中的主要成分为酮类及其衍生物、醇、含氮杂环、饱和脂肪酸以及饱和和不饱和的碳氢化合物。     

生物质快速热解制油试验及流程模拟

使用自主研发的流化床热解反应器对生物质热解制油进行实验研究,通过对不同实验温度450、500、525、550、580、610℃下得到的目标产物进行分析,得到了反应温度对生物油产率的影响规律。实验表明：550℃时,最大液体产率为42.5%（质量）;实验得到的不可冷凝气体的组分以CO、CO₂、CH₄和H₂为主,气相产物产率约为37.7%（质量）。在实验基础上,利用Aspen Plus流程模拟软件,建立了生物质热解制油工艺模拟流程,模拟分析了热解温度对生物油产率的影响,结果表明该模型能准确模拟实际热解过程,具有较好的适用性和可靠性。     

生物油的特性、提质及应用

生物油是一种由生物质直接转化为液体燃料的新型可再生能源,具有产量大、可储存和碳循环等优点。综述了国内外生物油的物性特点、提质以及应用等研究进展。结果表明,生物油作为化石燃料的替代燃油存在很大优势,但其热值低、腐蚀性强等缺陷仍需进一步改进。     

K和Ca元素对生物质快速热解瞬态轻烃及含氧气体的影响

K、Ca元素以无机态和有机态的形式赋存于生物质内,影响着生物质热解过程中木质素、纤维素及半纤维素分子的断链及解聚过程,进而一定程度地影响着生物质热解气相产物形成与转化。热解反应过程中中间瞬态产物作为气体合成的中间产物对于热解反应最终气相产物的形成具有极为重要的研究意义。将生物质（稻壳）进行了酸洗处理,再定向负载K、Ca元素,利用Py-GC/MS在500~900℃热解温度下,对生物质原料进行了快速热解的实验研究。利用气相色谱质谱仪（GC/MS）对进样延迟时间为20 s时生物质快速热解瞬态轻烃及含氧气态组分的种类及含量进行了在线半定量分析,从而进一步表征了K和Ca元素对生物质快速热解气相组分的影响以及热解反应过程中气相中间产物的形成转化机制。研究结果表明：低温条件下（≤600℃）,H-form、K-loaded和Ca-loaded生物质快速热解瞬态气体产物以CO、CO₂、CH₄为主,K与Ca元素促进了生物质热解CO与CO₂的生成。高温条件下（≥700℃）,C₃H₆成为20 s瞬态热解过程的主要气相产物,Ca元素对C₃（C₃H₆）等物质的形成具有一定的促进作用,而K元素一定程度上抑制了C₃H₆的生成。     

Reduction of carbon dioxide with water under concentrated sunlight using photocatalyst combined with Fe-based catalyst

The reduction of CO₂ with water into valuable organic compounds under concentrated sunlight was investigated for the first time over a hybrid catalyst, in which a Pt-loaded K₂Ti₆O₁₃ photocatalyst was combined with a Fe-based catalyst supported on a dealuminated Y-type zeolite (Fe-Cu-K/DAY). In this reaction system, the Pt/K₂Ti₆O₁₃ catalyst decomposes water to produce H₂ and the Fe-Cu-K/DAY catalyst reduces CO₂ with the resulting H₂ into organic compounds. When only the Pt/K₂Ti₆O₁₃ photocatalyst was used, organic compounds such as CH₄, HCOOH, and HCHO were formed together with H₂, indicating that CO₂ can also be directly reduced over Pt/K₂Ti₆O₁₃. On the contrary, when the hybrid catalyst was used, CH₃OH and C₂H₅OH were produced in addition to the above products, depending on the reaction temperature and catalyst composition. The reaction temperature significantly increased by concentrating the solar irradiation, reaching 600 K and increasing the product yields. It is suggested that such a high reaction temperature facilitates both the photoreduction and hydrogenation of CO₂ over Pt/K₂Ti₆O₁₃ and Fe-Cu-K/DAY, respectively.     

磁性纳米粒子类型和质量浓度对微波热解含油污泥的影响

鉴于传统微波吸收剂在协同微波热解含油污泥时存在热解效率较低、处理成本较高等问题,本文引入磁性纳米粒子作为新型微波吸收剂,探究了磁性纳米粒子种类和质量浓度在强化微波热解含油污泥中的作用效果和规律。实验结果表明：①在6种磁性纳米粒子（ZnFe₂O₄、Fe₃O₄、Ni、NiFe₂O₄、γ-Fe₂O₃和Co₃O₄）中,添加ZnFe₂O₄的实验组热解终温最高,为284℃,气、液相产物最多,分别为382mL和10.5mL;②当微波功率为800W、微波加热时间为20min时,添加纳米ZnFe₂O₄实验组的热解终温在质量浓度5.0mg/g时最高;③随着纳米ZnFe₂O₄质量浓度的增加,气相热解产物中H₂、CH₄和C₂H₆的含量（体积分数）不同程度增加,CO₂的含量不同程度降低,C _x H _y 的含量在ZnFe₂O₄质量浓度范围为0~5.0mg/g和5.0~15.0mg/g均先增加后降低,变化幅度很小。油相产物中C₄~C₁₂组分含量逐渐增加,C₁₈₊组分含量逐渐降低,C₁₃~C₁₈组分含量随着ZnFe₂O₄质量浓度的增加先增加后降低,再小幅增加。     

Effect of K2CO3 doping on CO2 sorption performance of silicate lithium-based sorbent prepared from citric acid treated sediment

In this paper, a low-cost and environmental-friendly leaching agent citric acid (C₆H₈O₇) was used to treat the sediment of Dianchi Lake (SDL) to synthesize lithium silicate (Li₄SiO₄) based CO₂ sorbent. The results were compared with that treated with strong acid. Moreover, the effects of preparation conditions, sorption conditions and desorption conditions on the CO₂ sorption performance of prepared Li₄SiO₄ were systematically studied. Under optimal conditions, the Li₄SiO₄ sorbent was successfully synthesized and its CO₂ sorption capacity reached 31.37% (mass), which is much higher than that synthesized from SDL treated with strong acid. It is speculated that the presence of some elements after C₆H₈O₇ treatment may promote the sorption of synthetic Li₄SiO₄ to CO₂. In addition, after doping with K₂CO₃, the CO₂ uptake increases from the original 12.02% and 22.12% to 23.96% and 32.41% (mass) under the 20% and 50% CO₂ partial pressure, respectively. More importantly, after doping K₂CO₃, the synthesized Li₄SiO₄ has a high cyclic stability under the low CO₂ partial pressure.     

高碳与光调控对微藻捕集CO2的影响机制

微藻捕集烟气CO₂是一种环境友好的、可持续发展的碳减排技术。微藻通过光合作用固定CO₂，光是驱动光合作用的原初能量，CO₂是支撑光合作用的物质基础，通过调控光源和碳源可以最直接有效地促进CO₂的捕集。然而，由于微藻对光谱吸收具有选择性、不同生命阶段对光谱吸收具有差异性，盲目的归一化调控策略将收效甚微。本文简述了几种可以提高微藻固碳效率的光调控策略，从宏观上分析了光质对微藻捕集CO₂效率的影响，从微观上分析了碳代谢途径对光质调控的响应机制，并提出在深入剖析微藻生命周期光需求的条件下，结合实际情况和目标产物实施个性化、定制化的光调控策略。提高微藻在高碳环境下的固碳效率是微藻捕集CO₂技术的首要问题，本文分析了高浓度CO₂诱导下细胞内环境的维稳机制，从CO₂传输过程和光合作用质能转化途径上深入探讨了高浓度CO₂对微藻固碳的影响机制，为从代谢和分子水平刺激碳捕集过程，提高固碳效率提供了理论依据和重要参考。     

餐厨垃圾溶剂热法制备负载铁生物质炭

以餐厨垃圾为原料运用溶剂热法制备了负载铁的球状生物质炭,系统研究了pH、醋酸锌（C₄H₆O₄Zn·2H₂O）与六水合三氯化铁（FeCl₃·6H₂O）投料质量比、碳化温度、碳化时间等条件对生物质炭制备的影响。在此基础上利用响应曲面法对生物质炭的制备条件进行了优化,分析了不同因素之间的交互作用。结果表明,在pH为2.26、C₄H₆O₄Zn·2H₂O与FeCl₃·6H₂O的质量比为0.51、碳化温度为203.96 ℃、碳化时间为2.92 h时,生物质炭的实际得炭率达到最大为56.82%,回归模型在研究区域内的水平显著,且预测的准确性较高。生物质炭的物相和形貌表征证明了四氧化三铁（Fe₃O₄）负载在球状生物质炭的表面,生物质炭的比表面积可以达到52 m²/g,负载Fe₃O₄相较于未负载Fe₃O₄的生物质炭对铜离子具有更好的吸附性,且吸附过程可以使用准二级动力学方程进行描述。     

离子液体中电化学还原CO2研究评述与展望

近百年来,伴随着矿石燃料的大量消耗,CO₂的排放量剧增,引发了全球性的生态环境和社会问题。CO₂同时也是廉价且可再生的碳资源,可作为生产醇、醚、酸、酯等重要化工品的原料。在众多吸引力十足的CO₂利用路线中,作为清洁、可控的反应过程,电化学还原固定CO₂技术在温和条件下生产化学品方面具有独特的优势。离子液体以其特有的性质被广泛用于电化学还原CO₂过程,本文对目前国内外离子液体介质中电化学还原CO₂的研究现状进行了综述,介绍了离子液体介质中电化学还原CO₂的主要反应及基本原理;针对离子液体对CO₂高效活化和转化等关键科学问题进行深入探讨,提出新型功能化离子液体的应用将成为CO₂电化学还原领域的发展方向和热点。     

代谢工程改造微生物固定二氧化碳研究进展

微生物固定CO₂是实现CO₂资源化利用的有效策略之一,为固碳减排、节能生产与绿色合成提供了借鉴。然而,微生物在固定CO₂过程中存在底物利用效率低、能量需求量大、路径难优化等问题。为了解决这些问题,本文总结了6种天然CO₂固定途径与5种人工CO₂固定途径,并从自养微生物、异养微生物和人工微生物三个方面系统分析了代谢工程改造微生物固定CO₂合成化学品的最新进展。在自养微生物固定CO₂方面,采用的策略主要包括提高CO₂固定途径效率、开发能量捕集系统与调节碳代谢流分布;在异养微生物固定CO₂方面,常用的方法主要有强化羧化途径、重构CO₂固定途径与优化能量供给;在人工微生物固定CO₂方面,主要的研究思路是设计人工CO₂固定途径与构建人工CO₂固定微生物。最后,从CO₂固定的关键酶、途径和微生物...     

金属氧化物对油页岩热解产物收率及组成分布的影响

通过固定床反应器,对4种金属氧化物（Al₂O₃、MgO、CaO、Fe₂O₃）对油页岩热解所得油、气产率及成分的影响进行了研究。结果显示,碱性CaO对油、水、气、焦产率分布影响较为突出,可提高页岩油与半焦产率,并降低热解气产率;而酸性较强的Al₂O₃可同时提高页岩油、热解气和热解水的产率,有利于促进挥发分的析出;比较而言,MgO和Fe₂O₃的作用相对较弱。4种金属氧化物均可提高热解气中H₂、CH₄和C₂的产率;CaO作用下CO₂含量降低,而其他金属氧化物对CO₂的产生有不同程度的促进作用;Fe₂O₃可促进H₂产生;Al₂O₃作用下CH₄含量有所增加。4种金属氧化物均可促进页岩油中芳香烃的产生,并且CaO和MgO两种碱土金属氧化物作用下,短链（C₆~C₁₂）烷烃和烯烃含量均增加,而掺混Al₂O₃时页岩油中仅短链（C₆~C₁₂）烷烃含量增加。对此机理进行推测认为,碱性CaO和MgO首先与以脂肪酸形式存在的有机质进行酸碱反应,得到脱羧活性更高的羧酸盐,后者脱羧所得中间产物具有生成烷烃或烯烃两条可能路径,同时得到碳酸盐;而在具有Lewis酸特征的Al₂O₃作用下,脱羧产物为CO₂,并同时得到饱和烃产物。     

The simultaneous activation of methane and carbon dioxide to C2 hydrocarbons under pulse corona plasma over La2O3/γ-Al2O3 catalyst

The pulse corona plasma has been used as an activation method for reaction of methane and carbon dioxide, the product was C₂ hydrocarbons and by-products were CO and H₂. Methane conversion and the yield of C₂ hydrocarbons were affected by the carbon dioxide concentration in the feed. The conversion of methane increased with increasing carbon dioxide concentration in the feed whereas the yield of C₂ hydrocarbons decreased. The synergism of La₂O₃/γ-Al₂O₃ and plasma gave methane conversion of 24.9% and C₂ hydrocarbons yield of 18.1% were obtained at the power input of plasma was 30 W. The distribution of C₂ hydrocarbons changed by using Pd-La₂O₃/γ-Al₂O₃ catalyst, the major C₂ product was ethylene.