二氧化碳加氢合成低碳烯烃的研究进展

大气中逐年升高的二氧化碳浓度对全球环境产生了严重的影响。通过可再生能源得到的H₂与CO₂反应生成低碳烯烃,不但可以使CO₂得到资源化利用,还能减少低碳烯烃的生产对于石油资源的依赖。该技术还有望实现从海水中得到燃油。本文主要对CO₂加氢合成低碳烯烃的热力学、反应机理和催化剂研究进行了综述。目前,该反应中使用的催化剂以Fe系为主。文中简要介绍了直接转化催化剂中的载体、助剂和双金属活性组分对反应性能的影响以及经甲醇路线制低碳烯烃的双功能催化剂在该反应中的应用。高性能催化剂的设计以及反应机理的探索是CO₂加氢合成低碳烯烃未来的发展方向。     

CO2光热催化还原研究进展

CO₂光热催化转化是一种新型的CO₂利用技术,该过程绿色、经济且无须额外能量输入,是当下的热门研究领域之一。本文主要总结了CO₂光热催化转化领域的最新研究进展,介绍了基于光热转化的光热催化剂设计方法,同时从光热催化机理出发解析了CO₂还原反应的光热催化剂构建策略,并揭示了CO₂还原反应中的光热协同耦合机制,为光热催化剂的设计以及CO₂的高效转化和利用提供参考。     

CO2光热催化还原研究进展

CO₂光热催化转化是一种新型的CO₂利用技术,该过程绿色、经济且无须额外能量输入,是当下的热门研究领域之一。本文主要总结了CO₂光热催化转化领域的最新研究进展,介绍了基于光热转化的光热催化剂设计方法,同时从光热催化机理出发解析了CO₂还原反应的光热催化剂构建策略,并揭示了CO₂还原反应中的光热协同耦合机制,为光热催化剂的设计以及CO₂的高效转化和利用提供参考。     

CO2加氢制低碳烯烃催化剂的研究进展

CO₂加氢制低碳烯烃不仅可以节约化石燃料,还可以将化工产业的废产物CO₂加以转化利用,既可以减少CO₂造成的环境问题,又可以制备人们生活中必需的化学品。合理开发利用CO₂能够代替化石燃料,对人类生产生活和经济发展具有重要意义。该文详细叙述了CO₂加氢合成低碳烯烃的反应机理。针对CO₂加氢制备低碳烯烃的两条路径CO₂-Fischer-Tropsch直接法(CO₂-FT)和甲醇介导间接法(CO₂-MTO),分别阐述了两种路径所用催化剂类型、助剂、载体对CO₂转化率和烯烃选择性的影响,最后对CO₂加氢制低碳烯烃催化剂的研究方向进行了展望。     

水溶液中电化学还原CO2的研究进展

CO₂作为一种潜在的碳资源,寻找一种有效的方法转移利用CO₂一直是社会关注的焦点。水溶液中电化学方法转化固定CO₂可在室温和常压下进行,通过选择不同电极和电极电势来改变产物、调控反应速率和选择性,因而具有潜在的优势。本文综述了水溶液中电化学还原CO₂的发展现状,介绍了水溶液中电还原CO₂的基本原理和电极上发生的主要反应;总结了水溶液中金属电极、气体扩散电极(GDEs)和复合电极等不同电极材料对CO₂还原产物的种类、选择性以及电流效率的影响;讨论了温度、CO₂分压等还原反应条件对反应速率和电流效率的影响。展望了水溶液中电还原CO₂技术的发展前景,认为利用水基溶液中丰富的[H],增强CO₂还原产物的燃料化程度,将在环境保护、资源利用和经济效益方面具有极大价值,符合绿色化学发展理念。     

CO2捕集与资源化利用技术现状及发展方向

详细介绍了工业排放CO₂捕集的关键技术，着重综述了CO₂化学转化、生物转化、能源开发及矿化利用等资源化利用和地质封存技术，初步探讨了碳中和目标下CO₂资源化利用的发展方向，最后提出了从国家、企业、教育等多方面入手，相辅相成，稳步实现我国低碳转型战略目标的建设性意见。     

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。     

热增强的光催化二氧化碳还原技术

利用太阳光驱动二氧化碳（CO₂）催化转化合成燃料是缓解能源危机和降低温室效应的理想途径。然而,当前面临的主要挑战在于CO₂固有的化学稳定性使得光催化反应的转化效率低下。热量被认为是促进催化转化反应过程的重要推动力,可以有效提升光催化转化的效率。本文综述了不同形式的热增强光催化在CO₂还原生产燃料方面的应用,包括外加热源的光催化CO₂还原、光热效应促进的光催化CO₂还原以及等离激元增强的光催化CO₂还原体系。文章指出：热增强的光催化技术继承了光催化的高选择性和热催化的高反应活性的优势,实现了CO₂还原反应的高效进行。具体分析如下：外加热源主要通过直接加热装置或者聚焦太阳光能实现,产物的生成效率明显增强,选择性影响不大;光热效应发挥着局部提高催化剂反应温度的作用,使能量利用效率更高,大幅度降低CO₂还原反应所需的能量;等离激元效应除了发挥光热效应的作用,同时兼备增强光吸收、促进载流子分离和加速表面反应动力学的作用。文章最后指出,通过对反应机理进行深度研究,合理调控反应体系的反应条件,将极大促进热增强的光催化CO₂还原技术发展,为CO₂利用提供有效手段。     

光催化还原CO2的机理与MgO在吸附转化方面的应用

由于CO₂的过量排放而引发的温室效应已成为当今世界面临的重要环境问题,将CO₂还原转化为高附加值化学品和燃料是解决这一问题的有效途径。其步骤包括吸收入射光子;电子-空穴对的产生、分离和转移;CO₂分子在表面上的吸附、活化和转化。基于MgO可增强CO₂在表面的吸附进而促进后续的光催化还原,介绍了光催化还原CO₂的机理以及MgO在CO₂还原与吸附等方面的应用研究。MgO表面化学吸附的CO₂分子变得不稳定,其反应活性高于线性CO₂分子,因此显著提高CO₂的转化效率,可见其在CO₂吸附与转化等方面具有良好的发展前景。     

二氧化碳转化为合成气及高附加值产品的研究进展

由于二氧化碳（CO₂）过度排放导致全球变暖日益严峻,发展零碳技术已成为人类社会面向可持续发展的战略选择。将CO₂捕集并转化为高附加值化学和能源产品,可以优化化石能源为主体的能源结构、有效缓解环境问题,并实现碳资源的充分利用,是一项可以大规模实现低碳减排的技术。本文重点介绍了CO₂高效利用新途径,通过二氧化碳-合成气-高附加值化学品的产品工艺路线,实现CO₂的资源化利用。对比综述了热催化法、电催化法和光催化法高效转化合成气的最新进展,总结了热、电、光催化制备合成气过程中催化剂的设计原理和方法以及目前工业化应用前景;简单概述了合成气作为重要平台分子,进一步通过费托合成路线或接力催化路线转化为低碳烯烃和液态燃料或芳烃等化学品过程中催化剂设计研究进展。最后,总结了大规模工业化CO₂转化为合成气及高附加值产品过程催化剂设计和反应器优化的技术难题,并对未来CO₂高效转化利用方向进行了展望。同时指出目前各技术还普遍存在反应机理不清晰、催化剂成本高以及缺乏大规模合成等问题,未来开发出高效、高活性、低成本且稳定的催化剂是各技术推广应用的关键。     

碳中和背景下现代煤化工技术路径探索

从源头减碳、过程控碳、末端碳捕集封存和碳资源高附加值利用四个方面,分析了现代煤化工产业低碳发展的技术路径、对降低碳排放的效果以及未来应用前景。文中指出：源头减碳技术路径包括原料结构调整和能源结构调整,引入富氢和绿氢资源与煤炭进行碳氢互补,提高煤炭利用效率,并通过气代煤、电代煤,尤其利用弃风、弃电,可显著降低碳排放和工艺生产成本;过程控碳技术路径包括节能提效和开发革新技术,依靠现代煤化工技术进步,突破传统工艺瓶颈,是当前企业易于实施、应用较多的节能减排方式;末端碳捕集封存技术路径包括地质深层掩埋、驱油、强化深部咸水开采等,将工艺过程产生的高浓度CO₂通过低成本捕集,有效提高油气采收率,并为水资源匮乏地区提供额外供水;碳资源高附加值利用技术路径主要包括CO₂化学转化制高附加值及大宗化学品,国内正加快CO₂制低碳烯烃、芳烃、甲醇、碳酸酯的技术研发与示范应用,努力将CO₂从化石能源利用的终结排放者转化为碳循环利用的参与者,发展碳循环经济,减少碳排放。最后提出：未来将现代煤化工融入能源系统的大格局统筹考虑,推...     

石化行业碳中和技术路径探索

2019年,中国石油和天然气消费所排放的CO₂为21.1亿吨,占全国总排放量的21%。在我国2060年碳中和目标下,石化行业亟需碳中和技术创新。本文介绍了国内外石化行业碳中和政策措施,从碳减排、碳零排和碳负排三方面分析了石化行业碳中和技术路径。碳减排方面包括石油/天然气绿色开发、过程低碳利用、减污降碳协同技术;碳零排方面包括可再生能源与核能发电、绿氢以及零碳原料/燃料替代,如生物质制汽柴油、芳烃等大宗能源化学品技术;碳负排方面包括生物能源与碳捕获和存储（BECCS）及CO₂转化燃料化学品技术。此外,还介绍了石化行业碳中和信息技术,包括人工智能、大数据和物联网三方面。本文将为我国石化行业碳中和路径探索提供技术参考。     

废弃塑料化学回收及升级再造研究进展

塑料对人类社会进步和经济发展发挥着重要作用,但其大规模生产和不恰当的处置已造成了严重的生态灾难。通过化学回收和化学升级再造的方法将废弃塑料转化为高附加值的产品是实现塑料资源可持续发展的关键技术之一。本综述总结了近年来废弃塑料的回收现状和化学升级再造的途径,包括催化热解、化学解聚、催化氢解、光催化、化学氧化等,着重探讨了反应条件对于产物分布和产率的影响、催化剂的构效关系及反应机理等。针对目前存在的反应条件严苛、催化剂成本高且重复利用性差等问题,提出未来研究方向包括优化工艺条件、弄清催化剂失活机理和开发价格低廉的高效催化剂,有望进一步实现废塑料资源化利用的工业化发展。     

“双碳”背景下现代煤化工高质量发展研究

“双碳”目标的提出指明了绿色低碳、清洁高效是能源发展的方向。现代煤化工是煤炭清洁转化利用的有效方式,对保障国家能源安全有重要战略意义,但仍属于高碳排放产业,探寻煤化工高端化、低碳化、多元化发展路径迫在眉睫;分析了现代煤化工产业发展现状及面临的挑战,认为通过坚持科技创新,推进煤化工与其他产业协同融合发展,可以加快现代煤化工产业转型升级,实现高质量发展。     

无机盐工业面临碳达峰碳中和的挑战与创新发展机遇

传统的无机化学品均是采用独自的矿产资源分别进行加工,生产资源与能源未能实现循环经济再利用、循环和分级利用的生产原则,全生命周期能源消耗无效率高。要实现碳达峰、碳中和,满足新产业的需要,就需要开发无机盐化工资源性耦合低碳的新技术新工艺。在钛、磷、硫资源耦合生产钛白粉与湿法磷酸盐先进工艺技术模式的基础上,以储能材料磷酸铁锂为例,提出将钛铁矿-磷灰石矿-锂灰石矿三矿耦合,按“元素经济”的绿色工艺技术路线生产储能材料磷酸铁及磷酸铁锂产品,论述了磷酸铁锂三元素上游磷化工、钛化工、锂化工面临节能减碳的挑战与耦合新技术创新的机遇及市场发展前景。     

化学工业多尺度融合的智能制造模式——互联化工

化工过程通过物质和能量的可控转化和传递来实现化工产品制备,具有多相性、非线性、非平衡、多尺度和多时空域等特性,化工行业智能制造发展的关键是实现多尺度条件下的互联协同与过程高效。一方面,化工过程多尺度互联机制的认识和调控是化工过程系统的安全可靠运行的关键;另一方面,实现化工过程多尺度下的互联、融合与协同是化工产业绿色发展的路径。鉴于此,本文提出了化学工业面向多尺度融合的智能制造模式——互联化工,给出了“互联化工”的概念、目标、特点和架构,并讨论了互联化工的相关关键技术,包括化学工业多层级的信息物理系统、云制造,以及全生命周期的安全管理技术、耦合互锁机制下的动态安全监控与决策模型、基于区块链的互联化工数据安全技术。     

转炉钒渣提钒技术研究现状及展望

如何低成本绿色高效回收转炉冶炼钒渣中的钒资源是保证我国钒产业可持续发展的重要举措。本文在分析转炉钒渣成分及物相特征的基础上,系统总结了国内外主要钒制品生产企业提钒工艺研究现状,以钠化焙烧-水浸、钙化焙烧-酸浸等现行工艺和微波焙烧、超重力选择性分离、微生物冶金等新型工艺为例,阐述了不同工艺提钒过程的原理、优点及存在的问题。文章指出：随着全球碳中和目标的推进,未来转炉钒渣提钒新工艺的开发应更加注重解决现行技术存在的资源环境问题,如含盐废水产生量大、含铵芒硝难处理、提钒尾渣钠高难利用等问题;同时,提钒新技术的开发也应加大基础热力学数据库和有价金属微观迁移动力学模型的建立,充分结合微波、超重力、超声波等非常规冶金技术的优点,实现污染的源头削减,兼顾提钒废液和尾渣中其他有价金属的循环高值利用,促进转炉钒渣提钒新工艺朝着绿色化、低成本、短流程、高收率的方向发展。     

中国碳中和目标下CO2转化的思考与实践

提出政策引导CO₂回收、利用与封存（CCUS）发展,需重新定义二氧化碳的属性及价值,深度挖掘其资源属性,在以煤油气为一次能源、电为二次能源,向以电热为一次能源、氢为二次能源的再电气化能源革命转型中,为从有碳能源向无碳能源转变,将影响及重构所有社会活动及产业。本文通过未来低碳场景下CCUS绿色技术的思考,指出以二氧化碳氢化的三个技术链的创新开发和实践,使二氧化碳转化为合成气（CO+H₂）,从而实现高值化、资源化碳的固化和封存。文章提出：煤电、煤化工与水泥产业的二氧化碳氢化及费托合成高碳烃燃料,不仅高值化,还可用于电网调峰;沼气及非常规天然气CO₂与CH₄的干重整可生产绿氢、可再生燃料及甲醇而高值化,对于中国的乡村振兴具有特别意义,可打通村镇废弃物处理能源化与国家工业补农业的能源基金通道,将使中国乡村振兴获得资本强化新机遇;钢铁及炼化产业的低碳发展,煤气及干气的二氧化碳干重整高值利用,特别是干重整合成气生产甲醇经甲醇制烯烃（MTO）生产乙烯和丙烯及聚合物进行碳固化,将使CCUS获得新的产业链。CCUS将成为所有社会活动及工业的附属产业,成为新的公共服务产业链。     

城镇污水处理厂碳中和技术及案例

污水是资源与能源的载体,蕴含着极大的化学能和热能,传统污水处理过程以能消能,处理过程能耗高且释放温室气体。在碳中和背景下,我国城镇污水处理厂实现碳中和运行,在能源自给、降低温室气体排放等方面具有潜力,成为城镇污水处理厂转型的热点。本文以城镇污水处理厂碳中和运行潜力分析为背景,分析了以高负荷活性污泥工艺（HRAS）、化学强化一级处理工艺（CEPT）、自养脱氮和反硝化除磷等工艺技术为主的碳源捕捉、低耗处理的新型污水处理工艺,并阐述了以厌氧消化-热电联产、热能和太阳能回收为代表的能源回收技术,以国内外碳中和技术运行的实际污水厂案例探讨了其应用优势和效果。同时,认为低耗运行和能源回收是城镇污水处理厂实现碳中和运行的关键,并对我国城镇污水处理厂实现碳中和运行提出了展望,旨在为城镇污水处理厂的低耗绿色可持续发展提供参考。     

碳中和目标下的煤化工变革与发展

碳中和目标的达成将对我国煤化工产业的发展产生深刻的影响。本文分析了煤炭消费与煤化工的CO₂排放情况及煤化工在国家经济中的作用,指出碳减排技术与煤化工工艺耦合是实现煤化工碳减排与可持续发展的关键,现实地选择优化产业结构与提高能量利用效率的措施可明显但有限地降低CO₂排放量,认为要实现煤化工亿吨级规模的碳减排必须采用绿电绿氢、碳捕获与封存/碳捕获利用与封存（CCS/CCUS和CO₂）资源化利用技术。文中评述了近年来绿电绿氢、CCS/CCUS和CO₂资源化利用技术应用的主要进展,指出2030年碳达峰前这些碳减排技术将处于关键的示范考验期,能否成熟可靠将决定之后的煤化工发展走向,同时预测氢冶金与绿氨合成示范技术的推广应用将可能导致煤化工产业格局的重大变化。最后基于空气直接捕集CO₂技术与光电催化CO₂转化或模拟光合反应的研究进展,设想了未来可能呈现的零碳化工体系。