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二氧化碳高效利用翻开新篇章

发布时间:18-07-19

     CO2被认为是导致全球变暖的元凶之一,但它也并非全无用处。今年以来,国内外科研人员相继在CO2高效利用上取得进展,CO2有望成为甲醇、丙烯酸、丁二醇、甲酸、新型树脂新的原料来源。
    加氢合成甲醇
    法国原子能委员会下属的萨克莱辐射材料研究所的研究人员首先将C02加氢合成甲酸,然后使用稀有金属钌作为催化剂,将甲酸转化为甲醇,生成率高达50%。
    美国华盛顿大学在2013年曾以稀有金属铱为基础开发出可将甲酸转化成甲醇的催化剂,但铱的价格极高,并且使用这一催化剂的甲醇生成率最高只有2%。法国研究人员此次选择了以钌为基础的催化剂。钌的价格仅是铱的十分之一,大大降低了生产成本,而且甲醇生成率高达50%。
    制备有机化学品
    美国Novomer公司发现了一项CO2催化的创新应用。该应用是将收集的废CO2与富含乙烷的页岩气转化为市场所需的化学品,如丙烯酸、丁二醇等。
    Novomer公司的合作方一家工业气体供应商,利用创新的固体氧化物电解过程将废CO2转化为CO,Novomer公司的催化过程则进一步把CO和来自页岩气的环氧乙烷转化成丙烯酸和其他化学品。该电解过程实质上与燃料电池的操作相反。该工艺原料成本低,相比目前已有技术,可节省20%~40%的成本。Novomer公司及其合作伙伴计划2015年完成2000吨/年的中试规模放大,2017年全面商业化,10年后采用该技术在美国建设首座丙烯酸厂。
    高效制取新型树脂
    东京大学研究院成功合成了一种以CO2为原料的新型树脂。这种树脂中的CO2比例较高,有望为提高CO2利用率、减少温室气体排放作出贡献。
    虽然研究人员此前也曾合成以CO2为原料的树脂,但其中CO2的比例很低,这些树脂在燃烧时会产生氮氧化物,且其耐热性不强,在接近室温的条件下硬度就会出现很大变化。
    东京大学研究人员将CO2与丁二烯组合在一起,利用钯催化剂和自由基聚合反应,制造出一种新型合成树脂。这种合成树脂呈粉末状,熔化后可延伸成透明片状材料,即使燃烧也不会产生氮氧化物。该塑料的CO2含量高达29%,即使在高温下也不易变形,其分解温度最高可达340℃,熔化后可注塑成型。
    研究小组认为,这种新型合成树脂硬度较高,用途广泛,可用于制造塑料箱、薄膜等。通过扩大产量和改良生产工艺,有望廉价生产这种合成树脂,还有可能利用火力发电站等产生的CO2制造这种产品,为减少温室气体排放作出贡献。
    美国普林斯顿大学的研究人员设计出利用阳光能将CO2和水转化为潜在替代燃料甲酸的有效方法。研究人员表示,这种方法利用CO2和容易获得的加工零件,提供了一种有前景的可再生燃料制备方法。
    在该项研究中,美国电力天然气公共服务公司提供的商业太阳能电池板产生的能量可将CO2和水转换成甲酸。研究小组把3个电化学电池叠加在一起,使能源效率达到近2%,是自然中光合作用效率的两倍,也是迄今使用人造设备获得的最高能源效率。
    许多能源公司对储存太阳能的甲酸燃料电池十分感兴趣。此外,由甲酸制成的甲酸盐还是飞机跑道除冰剂的首选,可以广泛取代有害盐的使用。
    改造蓝细菌生产蛋白质
    光合自养原核生物蓝细菌是目前CO2生物转化的研究热点。科研人员通过对蓝细菌进行工程改造,已经可以将CO2生物转化为一系列酮、醇、酸等化学品。然而,在利用CO2生产蛋白质方面却一直进展缓慢。
    中科院微生物研究所的研究人员通过比对、分析不同物种启动子及表达测试,提出了设计蓝细菌启动子时要考虑转录基因结合位点(TFBSs)的新原则,并开发了一个适用于蓝细菌的超强启动子Pcpc560。在Pcpc560的控制下,外源基因在蓝细菌中的表达量可以达到可溶性蛋白的15%。
    这项工作为以CO2为原料生产蛋白质和化学品提供了一个重要工具,已得到中国“973”计划重大科学问题导向项目的资助。

 

来源:中国化工信息网