正在阅读:新技术将二氧化碳变高值化“宝贝”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

新技术将二氧化碳变高值化“宝贝”

来源:科技日报2019-10-11 09:34

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  提及二氧化碳(CO2),一般人们认为它如同废柴,不仅没多大用处,还是破坏气候、导致全球变暖的罪魁祸首之一。迄今科研人员想了很多办法对付它,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可是上好的原材料,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,一直琢磨如何高效转化利用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。但是,由于CO2分子存在不易活化、反应路径复杂、产品选择性低等问题,其活化转化已成为国际公认的科学难题之一。

  “CO2是空气中常见的化合物,将其转化利用并非易事。我们知道,CO2分子是由两个氧原子与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,需要在高温、高压下才能进行,但如果能找到其他的活跃分子去当“说客”,比如环氧化合物,则可以诱导CO2的活化,使其转化更加容易。除此之外,还需要增加一个“媒介”,即合适的催化剂,促使CO2高效转化。

  十年来,经过不知多少次的实验摸索,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,这样CO2和EO在一起,即可发生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,避免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、影响产品质量等难题。

  妙招迭出,为高效利用提升价值

  既已开发出高效催化剂,还需要与之匹配的反应器,提供适宜发生反应的场所。

  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,还需要设计一个全流程将整个反应和分离过程串起来,才能从原料得到最终的合格产品。”张香平告诉记者,“我们对整个过程进行物质和能量的优化集成,在能耗、效率、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“煤炭清洁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,同时,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,而对收集到的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。

  经过多年不懈地努力,通过催化剂原始创新、反应器结构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,迎刃之前利用后存在经济效益差等难题。

  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400万吨,2030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1400万吨,而对外依存度大于60%。

  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,有利于我国抢占CO2利用技术的国际制高点,解决和突破我国煤炭清洁高效利用的瓶颈问题,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 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 海关查缉走私成果展亮相

  • 威尼斯洪灾持续

独家策划

推荐阅读
包括成立老科学家报告团、举办老科学家圆桌会、研究筹办老年科技大学、助力农村中学科技馆建设和编撰老科学家回忆录等。
2019-11-19 20:11
中国老科协成立30年来,团结广大老科技工作者为推动国家科技进步、服务经济社会发展作出了积极贡献,积累了丰富的工作经验。
2019-11-19 19:56
统计显示,中国卓越科技论文产出增加、热点及高被引论文均升至世界第二位。
2019-11-19 18:11
11月19日,主题为“突破与裂变”的2019京东全球科技探索者大会(JDDiscovery)在京开幕。
2019-11-19 18:10
现在许多人受到膝盖半月板伤痛折磨。他们正在申请美国食品和药物管理局等其他国家相关机构的批准,以让更多患者能用上这种新型人造半月板。
2019-11-19 13:09
具有巨大盘面的扁球体,就像个超级大号的铁饼——这是我们赖以生存的银河系的肖像。“最常见的有3种可能,即平直的三维欧氏几何空间、弯曲的封闭三维球面和弯曲的三维双曲面。
2019-11-19 11:21
记者近日从中国科学技术大学获悉,该校郭光灿院士团队成员李传锋、许金时等与国内同行合作,将机器学习技术应用于研究量子力学基础问题,首次实验实现了基于机器学习算法的多重非经典关联的同时分类。
2019-11-19 09:44
通过稻作北移、高产品种和控水增氧耕作等创新,在实现水稻单产提高130%情况下,稻田温室气体排放下降约70%,其中甲烷减排尤为显著。
2019-11-19 10:01
意大利宇航员卢卡·帕米塔诺和美国宇航员安德鲁·摩根携带数十种工具,对国际空间站中的阿尔法磁谱仪做了一场“手术”。美国国家航空航天局(NASA)认为,这是自几十年前哈勃太空望远镜修复工作以来最困难的一次太空行走。
2019-11-19 09:46
与以往传统的高成本、低效益、简单粗放的运维方式相比,远程智能诊断系统实现了电站的运维检修系统化、数字化、智能化。数据显示,这个“智能管家”最终可使电站达到“运营成本降低20%以上、生产效率提高20%以上、单位产值能耗降低10%以上”的效果。
2019-11-19 09:45
该成果不仅在国际上为我国水稻产业正名,而且为全球高产低碳稻作创新指明了方向,可为世界作物生产应对气候变化提供理论参考和技术借鉴。
2019-11-19 09:43
第一届亚洲古生物学大会暨中国古生物学会成立90周年纪念活动18日在北京召开。开幕式上,张弥曼、汪品先、殷鸿福、周志炎、吴新智、郑守仪、陈旭、邱占祥等8位年逾八十周岁的古生物学院士被授予中国古生物学会终身成就荣誉。
2019-11-19 09:42
18日,何梁何利基金2019年度颁奖大会在京举行。记者获悉,“何梁何利基金科学与技术进步奖”授予35位在基础研究、生命科学、医学药学、重大技术创新、国防建设和国家战略安全等学科领域取得重大发明、发现的优秀科技工作者。
2019-11-19 09:41
俄罗斯国家研究型大学莫斯科钢铁冶金学院开发出一种数学模型,有助于预测社交媒体用户下的度假地。人们每天在社交媒体上分享照片、链接、评论和位置,研究人员对开放来源的推特数据进行了分析。
2019-11-19 09:28
据英国《新科学家》网站近日报道,零重力环境可能会使人的血液倒流,这一血液循环的变化导致两名宇航员(男、女各一名)出现可能致命的小血栓。
2019-11-19 09:27
美国科学家研制出一款紧凑型、在室温下工作、能广泛调谐的太赫兹激光器,是迄今性能最优异的太赫兹激光器,有望在高带宽通信、超高分辨率成像、射电天文学等领域“大显身手”。
2019-11-19 09:26
俄罗斯国立核能研究大学莫斯科工程物理学院和意大利国家核物理研究所利用最新物理方法,基于对那不勒斯附近新山(Monte Nuovo)的研究,向揭开火山喷发真相更近了一步。
2019-11-19 09:25
利用美国国家航空航天局(NASA)“卡西尼”号探测器数据,科学家们“重构”了一个星体。在太阳系,除了地球外只有土卫六拥有所谓的“甲烷循环”——以甲烷为主的完整液体循环,其原理与地球上水循环相似。
2019-11-19 09:14
数十年来,科学家一直在借助一系列全球性气候模型来预测北极海冰的未来,这些模型会模拟气候系统如何对进入大气层的所有二氧化碳做出反应。北极海冰的命运牵动着气候科学家的心弦,因为其对世界其他地区的温度有重要影响。
2019-11-19 09:13
记者从中国科学技术大学获悉,该校杜平武教授课题组首次合成了螺旋手性碳纳米管片段,并对其强圆偏振发光(CPL)性质进行了深入研究。
2019-11-19 09:11
加载更多