二氧化碳的还原及其利用研究进展

随着在2020年提出碳达峰和碳中和目标后,减少碳排放成为我国在生态环境治理上的主要目标。二氧化碳是主要的温室气体,也是碳在空气中的主要存在形式,其在工业上具有原料易于获得、自然条件下存量大等优势。如果能回收利用空气中的二氧化碳,将其通过反应制备成可以再次利用的新物质,不仅可为有效地减少碳排放提供新的思路,也能使二氧化碳得到有效的利用。为了更加深入地研究二氧化碳的还原转化,本文阐述了目前空气中二氧化碳的主要富集方法及其还原转化思路。并根据各个研究对原料二氧化碳浓度的要求及其所采用的研究方法,包括直接转化、电催化、光催化、人工光合作用、酶法等,对近两年的研究进行了梳理和归纳。综述了其制备方法及研究成果,为还原及利用二氧化碳的研究提供进一步的参考。     

制备含丙烯酸盐聚合物的方法

用含至少一种由丙烯酸和碱性物质中和反应制备的丙烯酸盐的单体制备含丙烯酸盐聚合物的方法。该方法包括：（A）向水中加入丙烯酸和碱性物质进行中和反应，同时使中和反应体系中丙烯酸的中和比始终保持在75－100mol％；（B）向中和反应体系中加入碱性物质调节体系的丙烯酸中和比为100．1－110mol％；（C）保持中和反应体系中丙烯酸的中和比为100．1－110mol％，使中和反应产物老化；（D）向中和反应体系中加入丙烯酸，调节中和反应体系中丙烯酸的中和比为20－100mol％。     

二氧化碳的绿色资源化利用实现碳中和的研究进展

全球气候变暖已经引起国际社会的广泛关注,在自然界中,碳循环处于动态平衡,而人类活动对碳循环平衡的破坏,使得人们不得不利用科技手段人为地实现碳中和以减缓温室效应。从CO₂的消除与减少出发,依次介绍了碳捕捉技术(CCS)、二氧化碳捕捉与利用(CCU)的内涵,简述了CCU的应用,对原产品和CO₂产品经济效益进行了比较,简述了CCU在有机化学领域的应用,并对CO₂资源化利用进行了展望。     

二氧化碳捕集技术研究进展

由于全球温室效应不断增强,全球温度上升引发冰川融化,使得海平面上升和海水酸化。二氧化碳(CO₂)是人为排放温室气体的主要组成部分,占比四分之三。随着碳中和碳达峰目标的提出,CO₂捕集与封存(CCS)技术作为具有前景的策略正在引起全球关注。本文介绍了燃料燃烧前、富氧燃烧和燃烧后烟气中CO₂捕集技术,以及吸收、吸附和膜分离等CO₂分离技术,提出固体吸附剂对CO₂进行吸附和分离是一种具有应用前景技术,从CO₂吸附剂方面展望二氧化碳捕集技术研究方向。     

亚洲丙烯酸及其衍生物市场看好

预计 2 0 0 3～ 2 0 0 9年世界丙烯酸消费年均增长率为 3 5 % ,亚洲将达到 7 5 % ,中国则高至 2 0 %。丙烯酸的主要用途是生产丙烯酸酯 ,包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸异辛酯。此外还可用于生产SAP ,但SAP用丙烯酸占丙烯酸总消费量的比例不大 ,而且在亚洲的增长会比较缓慢     

丙烯酸及其酯类废水处理方法研究进展

对目前常用的丙烯酸及其酯类废水的主要处理方法——焚烧法、湿式催化氧化法、生物法、超临界水氧化法及其他一些方法进行了简单的介绍。总结了各种方法在丙烯酸及其酯类废水处理中的应用现状以及研究进展,讨论了各种方法在处理丙烯酸及其酯类废水中的优缺点以及应用前景,展望了丙烯酸及其酯类废水处理未来的发展方向。     

金属基催化剂催化不饱和烃的硼氢化反应研究进展

硼氢化反应是合成有机硼类化合物的主要方式之一,因其条件温和、操作简便、原子利用率高而受到广泛关注。过去几十年里,含Rh、Ir、Pb等贵金属的材料一直是硼氢化反应的首选催化剂,但其价格高、毒性大的特点限制了它们的广泛应用。近十年,碱土金属以及Fe、Co、Ni等廉价过渡金属因为储量丰富、价格低廉、催化效果良好,在催化硼氢化反应领域蓬勃发展,具有广阔的应用潜力。本文主要介绍了近年来过渡金属及碱土金属基材料催化不饱和烃硼氢化反应的研究进展。     

热塑性丙烯酸罩光清漆的制备

利用分子设计方法,选用适宜的软硬单体比例,在优化合成条件的基础上制备了热塑性丙烯酸树脂。所得丙烯酸树脂配制的热塑性金属罩光漆干燥时间短,附着力强,硬度高,光泽好,耐盐水性优异。     

二氧化碳与烃和醇类化合物的催化氧化反应

二氧化碳的化学固定和利用是二氧化碳化学研究的重要内容。分析总结了负载型氧化物表面,ＣＯ２分别与烷烃、烯烃和醇类进行反应的特点和催化剂作用规律。指出以ＣＯ２为弱氧化剂,对烃炎和醇类进行选择性催化氧化,是大规模利用二氧化碳的有效途径。     

Cross-linking polymerization of acrylic acid in supercritical carbon dioxide

Cross-linking polymerization of acrylic acid in supercritical carbon dioxide (scCO₂) was studied in a batch reactor at 50 °C and 207 bar with either triallyl pentaerythritol ether or tetraallyl pentaerythritol ether as the cross-linker and with 2,2′-azobis(2,4-dimethyl-valeronitrile) as the free radical initiator. All polymers were white, dry, fine powders. Scanning electron microscopy showed that the morphology of the polymer particles was not affected by cross-linking. As the cross-linker concentration was increased, the polymer glass transition temperature first decreased, then increased. Water-soluble and water-insoluble polymers were synthesized by adjusting the cross-linker concentration. Viscosity measurements showed that the polymer thickening effect strongly depended on the degree of cross-linking. Finally, cross-linking polymerization of acrylic acid in scCO₂ was carried out in a continuous stirred tank reactor. The use of cross-linker decreased the monomer conversion in this system.     

丙烷直接氧化制丙烯酸的研究进展及展望

丙烷直接氧化制丙烯酸是近年来烃类催化氧化的热点课题。MoVTeNbOx复合金属氧化物催化剂被认为是目前对于该反应催化性能最好的一类催化剂。作者针对在丙烷直接氧化制丙烯酸领域中影响MoVTeNbOx系列金属氧化物催化性能的因素及将来可能开发的烃类选择氧化反应新工艺两方面进行综述。     

乙烷催化直接羰基化合成丙酸的研究

采用一种新型的催化体系CaCl2-K2S2O8-CF3COOH,将乙烷直接羰基化合成丙酸。考察了反应过程中温度、反应时间、CO压力和催化剂等因素对反应收率的影响,找出了反应所需的最优化条件,使丙酸的收率达到86.0％左右。给出了可能的反应机理。     

金属氧化物催化CO2与甲醇合成碳酸二甲酯的研究进展

CO₂是主要的温室气体。近年来随着工业的大力发展,CO₂的排放量迅猛增加,严重影响着人类的生存环境。将CO₂转化成有价值的化工产品,受到了研究领域的广泛关注。其中将CO₂与产能过剩的甲醇作为原料,生产碳酸二甲酯（DMC）,既能减少CO₂排放,又能产生有价值的绿色产品DMC。本文简述了影响CO₂转化的因素,即受热力学限制和CO₂活化困难;重点介绍了具有酸碱活性中心的金属氧化物ZrO₂、CeO₂以及复合金属氧化物催化剂的催化性能和反应机理,并分析了影响催化活性的主要原因：表面酸碱性能决定了催化活性;进一步分析了催化剂表面的酸碱性来源于Lewis酸碱位和Br?nsted酸性位。对于开发高效的金属氧化物催化剂未来的研究方向提出了展望: 通过调控催化剂的晶相和形貌、增加氧空位和羟基官能团、掺杂碱性或者酸性物种来改变催化剂表面的酸碱性,并且向催化系统中添加脱水剂。最后指出了由于CO₂分子的稳定性很难被活化,需进一步深入研究其活化CO₂的机理,提高CO₂的转化率。     

NHC-Ag修饰的钐配合物催化CO2与端炔的羧化反应

将1,3-二(4-羧基苯甲基)-苯并咪唑鎓氯化物（H2BCBI）与硝酸钐在水热条件下进行反应,得到二维配位聚合物[Sm(BCBI)(NO3)2·H2O]n（Sm-BCBI）,将其与AgOAc作用引入NHC-Ag(I)催化位点,制备了氮杂环卡宾-银功能化的钐配合物（NHC-Ag(I)@Sm-BCBI）。通过单晶X-射线衍射、PXRD、TGA、XPS、ICP-OES、SEM和EDS等对Sm-BCBI和NHC-Ag(I)@Sm-BCBI进行表征。结果表明,Sm-BCBI为二维层状结构;NHC-Ag(I)@Sm-BCBI催化剂具有良好的热稳定性,且催化剂中的银以+1价形式存在。将NHC-Ag(I)@Sm-BCBI用于催化CO2（0.1 MPa）与苯乙炔的羧化反应,在反应温度为50 ℃,以Cs2CO3为碱,DMF为溶剂,催化剂用量为70 mg（0.35 mol%）,反应时间为16 h的最佳反应条件下,苯丙炔酸分离产率可达80%。且催化剂容易回收,在循环使用4次以后,催化产率仍能达到60%。     

二氧化碳羧基化利用探讨

二氧化碳是一种低毒、不易燃、储量丰富且廉价易得的碳一资源,如何有效利用二氧化碳,将二氧化碳转化为高附加值化工品已成为当今研究热点。从能量利用及经济性角度考虑,将二氧化碳作为羧化试剂与具有高能量的起始原料反应,合成具有较高应用价值的羧酸（酯）或碳酸酯类衍生物是二氧化碳规模化利用的重要途径,目前受到了广泛关注。本文综述了近年来二氧化碳羧基化反应的研究进展,从反应的热力学、反应机理以及催化剂和反应工艺的改进等多个方面探讨了通过二氧化碳羧基化反应制备精细化工品的可行性及应用前景。并对该领域研究所存在的问题和局限性进行了总结。最后对今后的发展方向作了展望,指出二氧化碳化学工业的建立还需依赖基础研究的突破,需要开发高性能、廉价、适用范围广的过渡金属催化剂,实现二氧化碳的有效活化和利用。     

超临界二氧化碳化学反应研究进展

二氧化碳（CO₂）资源化技术是减少碳排放、实现碳中和的有效手段。如何将CO₂变废为宝,实现其高效利用是国内外研究者关注的热点。超临界CO₂作为常用的超临界流体之一,既可作为安全环保的反应介质,也可作为反应物参与化学反应合成产品,具有良好的应用前景。本文介绍了超临界CO₂的性质和特点,着重评述了近年来超临界CO₂作为反应物在加氢反应、Kolbe-Schmitt反应、碳酸化反应和作为反应介质在催化加氢反应、羰基化反应及酶催化反应方面的研究进展,提出了今后应开发更为高效的催化剂以进一步改善CO₂反应转化率和化学利用率等建议。     

电化学二氧化碳还原制甲酸催化剂的研究进展

随着日益增长的能源需求,人类社会对于传统碳基化石能源过度依赖,不仅加速了地球上有限能源储备的消耗,还导致大气中二氧化碳(CO₂)不断累积。如何对二氧化碳进行可持续的捕获再利用,实现高效的零碳网络循环,已成为人类亟需解决的重大挑战之一。近年来,使用绿色可持续电力的电化学二氧化碳还原反应(CO₂RR)生产增值化学品成为研究热点。本文首先介绍了CO₂RR的基本电化学反应原理;然后总结了电化学还原CO₂制备甲酸/甲酸盐的主要金属基催化剂,着重介绍了Bi、Sn、In三类金属基催化剂的设计调控策略;进一步概括了电化学相关的原位表征手段,分别介绍了原位光谱技术和原位X射线表征技术;最后对电催化二氧化碳还原研究领域的未来发展进行了展望。     

二氧化碳催化转化新进展

本文介绍了近年来由CO2制取甲醇、二甲醚、合成气、胺类等化学品的研究新进展。并对CO2研究发展方向进行初步探讨。     

CO2插入C—H(sp)键制备丙炔酸衍生物的研究进展

丙炔酸类化合物是一类用途广泛的有机中间体,以CO₂为羧基化试剂,将其插入到端基炔烃的C—H(sp)键是制备丙炔酸类化合物的一条新型路线,其绿色化程度显著高于传统方法。本文在系统分析CO₂路线制备丙炔酸类化合物反应机理的基础上,梳理了该反应催化体系的研究进展,并总结了近年来与该反应实际应用密切相关的前瞻研究。基于上述总结,本文认为后续研究应开展的工作包括：①从实际工况角度（耐强碱性反应体系、耐强极性溶剂等）出发进行催化剂的设计;②强化反应机理研究,明确不同催化剂上的反应路径和中间体形态差异,夯实理论基础;③强化潜在技术瓶颈问题的突破,尤其是湿度敏感、碱助剂循环、下游合成网络衔接等。