CO2化学转化基础与应用研究进展

针对CO₂排放这一全球性问题,我国明确2030年碳达峰、2060年碳中和的战略目标。发展高效CO₂化学转化技术是推进该战略目标实现的关键。通过CO₂化学利用技术可将廉价无用的温室效应气体转化为具有极高经济价值的重要化工产品,但目前仅有少数技术可以实现工业化应用。在此背景下,本文从CO₂利用技术的转化方式出发,阐述了各技术的基本原理,总结了国内外相关团队在CO₂化学利用技术基础与应用研究中的进展（包括CO₂加氢技术、CO₂甲烷重整、CO₂酯化反应、CO₂矿化利用）,指出了目前CO₂化学利用技术研究所面临的挑战。最后,本文展望了各种CO₂化学利用技术的发展方向,并提出了发展建议。     

直接把CO2转化为碳的研究进展

二氧化碳的利用和转化是近年来人们普遍关注的研究课题,进行二氧化碳转化成碳的研究,对环境保护和碳资源的再利用有着十分重要的意义。本文对３二氧化碳还原为碳的研究现状进行了综述,并展望了今后此领域研究的发展前景。     

CO2/离子液体混合物相平衡的研究进展

离子液体对二氧化碳有良好的溶解性能,可以实现二氧化碳的固定与转化。超临界二氧化碳可以从离子液体/有机物体系中选择性萃取有机物,避免相间的交叉污染,实现离子液体的回收。从CO2在离子液体中的溶解度实验测定方法、CO2/离子液体二元体系高压相平衡测定、SC-CO2/离子液体/有机物的三元体系相平衡研究以及模型预测四个方面介绍了CO2/离子液体体系相平衡研究的最近进展,分析了这一研究领域的发展方向。     

离子液体固定化利用CO2研究进展

介绍了近几十年来离子液体的发展历程及其特点.阐述了CO2在离子液体中高溶度机制,对CO2在离子液体中吸收的原子力场进行了计算机模拟预测.评述分析了离子液体作为吸收剂或助剂或催化荆,在有机反应、催化反应,电化学反应、支撑液膜中固定化利用CO2时,与传统吸收剂和没有离子液体的催化体系相比具有诸多优点,并对尚存在的问题提出了建议,并对前景做了展望.     

功能化离子液体用于CO2吸收和分离的研究进展

离子液体的结构具有高度可调性,可通过改变阴阳离子的结构改变其物理、化学性能,实现离子液体的功能化。功能化离子液体可用于分离、电化学、催化剂、有机合成等方面,已成为离子液体领域的研究热点。本文综述了含氟、含氨基和其它极性基团的功能化离子液体吸收CO₂的研究进展,介绍了功能化离子液体支撑液膜分离CO₂的研究,指出了今后研究需解决的问题。     

CO2催化加氢制备烯烃的研究进展

利用CO2作为碳源合成增值的化学品和燃料,特别是低碳烯烃,既可以减少大气中CO2浓度,又可以生产具有经济价值的化学原料,设计具有活性、选择性和稳定性的烯烃催化剂至关重要,本文综述了CO2热催化加氢的现状和研究进展.     

离子液体固定CO2及其转化利用的研究进展

综述了新型绿色溶剂离子液体在CO2固定和转化利用领域的应用研究进展.根据离子液体的结构特征和CO2的固定机理,离子液体固定CO2可以分为常规离子液体固定、功能化离子液体固定和离子液体固定转化.常规离子液体固定CO2为物理作用过程,功能化离子液体固定CO2为化学作用过程,而离子液体固定转化CO2的过程在固定CO2的同时又实现了CO2从工业废气直接到有用化学品的转变.因此,设计合成高效的功能化离子液体来实现CO2的固定转化一体化将具有重要的意义.     

光催化还原CO2反应催化剂的研究进展

温室气体CO2是全球变暖的一个主要原因,利用太阳能将CO2还原为烃类等有机物将给环境保护和能源利用带来益处.介绍了CO2光催化还原反应中的催化剂,主要涉及TiO2、金属配合物以及一些其它金属氧化物.阐述了各类催化剂的制备过程、结构特征、光催化还原CO2反应条件以及催化剂存在的问题.通过催化剂设计,提高光催化反应活性和光...     

离子液体-氧化石墨烯膜材料在CO2分离领域的研究进展

离子液体是一种饱和蒸汽压低、结构可设计、稳定性强、液态温度范围宽的绿色溶剂,同时对CO2又有较高的溶解度,因此成为当前CO2分离领域的研究热点材料。将离子液体和二维纳米材料结合得到的分离膜材料兼具离子液体和二维纳米材料的优势,在气体分离方面展现了良好的应用前景。其中,离子液体和氧化石墨烯的结合备受关注。针对这一热点问题,本工作综述了国内外通过氧化石墨烯、离子液体及离子液体?氧化石墨烯膜材料在CO2分离方面的研究和进展。相关研究表明,离子液体?氧化石墨烯膜材料具有较好的CO2选择性能、渗透性能和稳定性能,是一种非常有潜力的CO2分离材料。最后,提出了利用离子液体、氧化石墨烯及离子液体?氧化石墨烯膜材料进行CO2捕集分离的未来研究挑战和展望。     

负载型离子液体吸附分离CO2的研究现状及展望

人口增长与全球工业化的加速发展促使化石能源需求量逐年递增,由此导致大气中二氧化碳（CO₂）含量快速上升并引发了全球系列气候问题,“碳达峰·碳中和”背景下的CO₂减排刻不容缓。传统工业捕集CO₂方法由于能耗高、选择性较差、溶剂损耗大等问题限制了其大规模推广应用,离子液体因其极低挥发性、强的气体亲和性、可调的结构性质等特点在CO₂捕集分离领域逐渐显示出独特优势,但离子液体特别是功能化后通常黏度较高或室温呈固态,导致气液传质效果差或无法直接应用于吸收分离过程。负载型离子液体兼具离子液体和多孔材料的共同优势,不仅能提升选择性分离效果,有效避免离子液体直接吸收造成的高黏度,还可拓展离子液体应用范围,具有广阔的发展前景。重点总结了近些年物理和化学负载型离子液体在CO₂吸附分离方面的研究现状和进展,并对负载型离子液体捕集分离CO₂研究的发展趋势进行了展望。     

二氧化碳转化催化剂研究进展及相关问题思考

CO₂化学利用对碳资源利用、化解产能过剩、完善相关产业链有重要意义,CO₂转化催化剂研究因此受到广泛关注。针对具有规模应用前景的CO₂加氢合成甲醇、CO₂甲烷化和甲烷CO₂重整催化剂研究现状与存在问题,讨论了计算催化和催化剂强化制备在研究新型高效CO₂转化催化剂中的重要应用,说明了CO₂负离子的潜在应用价值;以等离子体强化制备催化剂为例,强调了多学科交叉的重要性。讨论了制备有利于传热、活性组分优化的结构化催化剂在进一步改进催化剂活性中的重要作用。指出了CO₂温室效应的复杂性,还有一些问题(如人类活动对地球磁场影响进而对气候的影响)并不清楚,强调了加强基础研究对解决这些问题的重要性。     

二氧化碳甲烷化催化剂的研究进展

CO₂催化加氢甲烷化反应是温室气体CO₂资源化利用的有效途径之一。本文回顾了CO₂催化加氢甲烷化催化剂的研究现状, 其中Ni基催化剂是研究最为广泛的CO₂甲烷化催化剂。重点介绍了Al₂O₃、SiO₂和La₂O₃载体及CeO₂和La₂O₃助剂等对Ni基催化剂CO₂甲烷化性能的影响, 阐述了载体的结构、电子性能、化学性能和助剂等对Ni基催化剂CO₂甲烷化性能的影响。结合几种非Ni基CO₂甲烷化催化剂的对比研究发现, 具有有序介孔结构的Co基催化剂也表现出了优越的CO₂甲烷化性能。由此表明, 催化剂新颖的结构也是影响CO₂甲烷化性能的重要因素, 通过催化剂结构、组成等的调变, 能实现CO₂低温高效甲烷化, 为CO₂甲烷化工业化进程奠定基础。     

二氧化碳催化转化在化学合成中的应用

二氧化碳的转化利用是C1 化学研究的前沿课题之一。综述了近年来CO2 催化转化在开发绿色合成工艺以及制备高附加值化工原料等方面的最新进展。     

CO2高值化利用：CO2加氢制甲醇催化剂研究进展

二氧化碳（CO₂）催化加氢制备甲醇等重要化工原料是一项具有前景的碳循环利用技术。目前,该技术的核心挑战是开发出高活性、高选择性和高稳定性的CO₂加氢催化剂。相比于传统的铜基催化剂,铟基催化剂有较高的甲醇选择性和高温稳定性,近年来受到学术界的关注。然而,目前人们对In基催化剂CO₂加氢反应机理和催化本质等科学问题的认知尚未形成统一理论。本综述总结了催化剂制备、反应机理研究与热力学分析、催化剂结构表征方法等进展。针对目前存在的单程转化率不高、催化剂稳定性不足等问题,提出未来研究方向包括引入新的助剂或活性组分,设计特殊结构的催化剂以及耦合分子筛等。     

CO2与CO在Fe-Zn-Zr/HY上的催化加氢

分别以Fe—Zn—Zr和Fe—Zn—Zr／HY为催化剂，以CO2，CO和H2为反应物，在340℃，5MPa的反应条件下，通过进行对比实验，研究和探讨了CO和CO2催化加氢反应越程的不同．结果表明，对于CO2加氢来说，CO2与CO之间的转化不是生成目的产物烃类的必要步骤；无论对于CO2还是CO加氢，异构烃主要在HY分子筛上生成．     

低能耗化学吸收碳捕集技术展望

低能耗的CO₂捕集技术对“碳减排”有重要意义。化学吸收法是工业常用的CO₂捕集方法,过程能耗高、成本高,限制了大规模的工业应用。近年来,随着新型吸收剂的开发和吸收解吸装置的设计,过程能耗有所降低,在我国已有多套碳捕集示范装置。然而进一步降低捕集能耗,节约捕集成本是实现“碳中和”的不变追求。本文基于溶剂化学吸收CO₂研究,提出以下化学吸收法的研究方向：开发广泛的相变吸收理论,构建吸收体系数据库,建立定量预测模型,以实现吸收体系的分子设计;强化气液传质,设计液相传热部件和气液分离空间,研发高效吸收解吸设备,以提升碳捕集效率;耦合化学吸收和矿化,实现原位CO₂吸收固定,提升过程经济性。通过化学吸收技术的系统研发,以期促进低能耗的碳捕集,助力祖国实现“碳中和”。     

甲醇合成中CO2作用的研究进展

在合成气（CO/H₂）制备甲醇的过程中,向原料气中添加一定量CO₂,可以大幅提高铜基催化剂上甲醇合成的反应速率,而对于这一现象的原因尚未有统一的认识。本文对合成气（CO/H₂）制甲醇的过程中所添加的CO₂对催化剂活性中心的影响、对合成过程中所出现的中间产物的影响,以及对合成甲醇的碳源的归属的影响等方面的研究进行了总结,可以看出,CO₂的加入使得整个反应机理更加复杂。最后在此基础上对未来的研究方向进行了展望,认为相关基础研究应努力缩小和实际工业反应在条件上的差别,并把针对催化剂、反应过程的原位表征技术和理论计算相结合,以期为提高合成气制甲醇的效率提供借鉴。     

用于CO_2吸收的离子液体的合成、表征及吸收性能

以N-甲基咪唑和3-溴丙胺氢溴酸盐为起始原料,合成了一种含氨基的离子液体(ionic liquid,IL)——1-(1-氨基丙基)-3-甲基咪唑溴盐(简写为[NH2p-mim]Br),总产率为90.1%,溴含量为0.980 mol Br/mol IL,胺含量为0.948 mol NH2/mol IL。探讨了合成工艺,并通过1HNMR、13CNMR、IR和MS对产物结构进行了表征。吸收实验结果表明,该离子液体能够有效地吸收CO2,在40℃和106 kPa下,质量分数为45%的离子液体水溶液吸收CO2至饱和时,溶液中CO2的摩尔分数可达0.444 mol CO2/mol IL,接近理论吸收量0.5 mol CO2/mol IL;在90℃的真空状态下,吸收的CO2能够完全解吸,重复吸收实验表明,该离子液体吸收CO2的能力无明显下降。     

CO2电催化还原产合成气研究进展

CO₂电催化还原产合成气是通过CO₂资源化利用实现碳中和的有效途径之一,但仍存在过电位高、选择性差、难以精准调控合成气组成比例等问题。本文综述了CO₂电催化还原产合成气的催化剂研究进展,包括金属催化剂、金属配合物催化剂、金属氧化物及硫化物催化剂、金属单原子催化剂以及非金属催化剂等;进一步地,概述了H型电解池、连续流电解池、固体氧化物电解池以及膜反应器电解池等电化学反应池特征。在此基础上,总结了提升CO₂电催化还原产合成气效率的有效策略,包括阳极反应耦合、双活性位催化剂结构设计以及催化剂多级形貌调控等。最后探讨了CO₂电催化还原产合成气领域未来的发展方向：通过机器学习辅助催化剂设计筛选;结合多尺度模拟理解电化学界面过程;利用原位表征技术探究反应机理等。