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现代科学技术将二氧化碳变废为宝

现代科学技术将二氧化碳变废为宝

分类:
行业动态
发布时间:
2019/10/12 15:49

提及二氧化碳,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,将其固化封存、打进海底等。然而,在中国科学院过程工程研究所研究员眼里,这可是上好的原材料,价廉、易得。十几年来,中国科学院所在的离子液体团队,一直琢磨如何高效转化利用,让其变废为宝。

二氧化碳的利用是全球重大战略问题。欧盟2016年6月启动计划将二氧化碳利用作为重大研究方向;日本制定了二氧化碳利用规划路线图;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,由于二氧化碳分子存在不易活化、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。

二氧化碳是空气中常见的化合物,将其转化利用并非易事。我们知道,二氧化碳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。它可以直接进行断键活化,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,促使高效转化。

二氧化碳

二氧化碳

十年来,经过不知多少次的实验摸索,研究团队逐渐找到多活性位点协同作用的离子液体催化剂,其不仅可活化,还可让与之反应的环氧乙烷变得活跃而更加容易开环,这样即可发生反应合成重要的化工原料碳酸乙烯酯等。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。

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。现在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。