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二氧化碳“变”汽油!中国科学家重大突破(图)

来源:光明日报       发布时间 : 2017-05-05 00:13:20 发表评论

    《光明日报》5月4日报道,从中国科学院获悉,中科院大连化学物理研究所孙剑、葛庆杰研究员团队发现了CO2高效转化新过程,并设计了一种新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能复合催化剂,首次实现了二氧化碳(CO2)直接加氢制取高辛烷值汽油,相关过程和催化材料已申报多项发明专利。

 

  该研究成果2日发表于英国学术刊物《自然通讯》杂志上,被誉为“CO2催化转化领域的突破性进展”。

  

  二氧化碳加氢“变”汽油

 

  《自然通讯》是全球排名第三的多学科类期刊,仅次于《自然》和《科学》。该刊2010年创刊时为混合型期刊,出版开放获取及订阅形式的论文,每月收到的投稿约1500篇。该刊发表的所有科学研究都代表着某一领域具有重要意义的研究进展,这涵盖生物学、物理、化学和地球科学等学科。

 

  难题:CO2的活化与选择性转化

  在自然界中,植物从空气中吸收CO2,经光合作用转化为有机物和氧气,该过程缓慢,所以一直以来化学家们努力想通过化学方式回收利用CO2。

 

  如果以CO2作为原料生产汽油,将是一种潜在替代化石燃料的清洁能源策略,不仅可有效降低CO2造成的温室效应,还可减轻对传统化石能源的依赖。

  

  资料图

 

  科学家解释,用CO2作为原料生产汽油是一种潜在的替代化石燃料的清洁能源策略,但CO2的活化与选择性转化是个难题。

 

  孙剑说:“相比于更活泼的‘孪生兄弟’一氧化碳,二氧化碳分子非常稳定,难以活化,与经典的费托合成路线相比,CO2与氢分子的催化反应更易生成甲烷、甲醇、甲酸等小分子化合物,而很难生成长链的液态烃燃料。”

 

  技术优势

  据科学网5月3日报道,为了解决这一问题,研究团队设计了一种高效稳定的Na-Fe3O4/HZSM-5多功能复合催化剂。

 

  孙剑介绍,这种催化剂有三个优势:

 

  一是,在接近工业生产的条件下,该催化剂实现了甲烷和一氧化碳的低选择性,烃类产物中汽油馏分烃(C5-C11)的选择性达到78%,有利于大规模生产;

 

  二是,这种方法生产的汽油排放能满足环保要求,汽油馏分主要为高辛烷值的异构烷烃和芳烃,基本满足国V标准对苯、芳烃和烯烃的组成要求;

 

  三是,该催化剂还具有较好的稳定性,可连续稳定运转1000小时以上,显示出潜在的应用前景。

 

  此外,对CO2直接转化制取汽油的反应途径研究表明,对多活性位结构及其亲密性效应(proximity effect)的精准调控是实现CO2加氢制汽油的关键。

 

  该技术不仅为CO2加氢制液体燃料的研究拓展了新思路,还为间歇性可再生能源(风能、太阳能、水能等)的利用提供了新途径。



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