“人工树叶”让二氧化碳变废为宝

“人造叶子”使二氧化碳废物成为宝藏

拿着“生命之门”掌握在自己手中

陈宇

与其他物质发生反应并将其变成宝藏。在天津大学化学工程学院龚金龙教授眼中,如何催化“懒惰”二氧化碳是实现其变废为主的关键。

近三年来,龚金龙团队通过国家重点研发项目的支持,突破了二氧化碳化学催化转化工艺,突破了高耗能,低效率,低附加值二氧化碳资源的瓶颈。它为其转化和利用技术的广泛推广奠定了科学基础,其研究成果处于世界领先水平。

“零排放”转换:最艰难和最高标准的道路

它与能源的使用密不可分。在中国以煤为基础的能源方面,传统技术可能导致额外的二氧化碳排放。最艰难,最高标准的道路。

二氧化碳转化的难点在于其分子结构非常稳定,转化需要注入高能量,二氧化碳转化路径复杂,转化后的产物杂质多,纯度不好。因此,转化路线和催化剂的选择极为重要。

龚金龙团队将注意力集中在太阳能上。 “太阳能是自然界中取之不尽的绿色能源。”龚金龙说,他们想到了叶片的光合作用,叶片通过光合作用,吸收光能,将二氧化碳和水转化为丰富的有机物。同时释放氧气。但叶片的能量转换效率太低,仅为0.1%-1%。 “我们要做的催化剂就像人造叶子一样,能量转换效率是普通叶子的100倍。”利用太阳能,人造叶子有效地将水和二氧化碳转化为含碳分子,如甲醇和甲烷在催化剂的作用下。可以作为燃料重复使用。

成千上万的实验实现了“人造叶子”的理念

为了实现“人造叶片”的思想,有必要建立一种新型的二氧化碳催化转化反应体系,以寻找更有效的催化剂。然而,这项开创性的研究远未领先。回顾最初的研究,龚金龙感慨地说:“我们的研究完全是从零开始。”

从0过渡到1是一个非常困难的艰苦跋涉。首先,实验设备不适用于商业设备,研究团队本身也在探索设计开发。从绘图设计到材料和工具的选择,到最后的动手安装都是由研究人员自己完成的。其次,选择哪种催化剂更有效,并依靠摸索进行实验几乎是正常的。

“虽然没有仔细计算,但可以毫不夸张地说,我们已经进行了数以万计的实验,失败,总结,调整了程序,然后进行了实验。在那段时间,几乎每一天,这个一周又一次,周期性地工作。“龚金龙回忆说。

在研发过程中,龚金龙团队也面临着来自美国和日本同行的激烈竞争。在这种压力和动力下,该团队的研究人员每天都在与时间赛跑。

件下,建立新的“光催化二氧化碳还原”和“二氧化碳加氢还原”途径,开辟了从二氧化碳到液体燃料和高附加值化学品的绿色转换通道,实现二氧化碳减少到甲醇和其他碳氢化合物燃料的新突破。在转化过程中,含碳产物的产率高达92.6%,甲醇的选择性为53.6%,达到世界领先水平。相关研究成果作为热门论文发表在国际知名期刊上,如《德国应用化学》《能源与环境科学》。

二氧化碳矿化效率是世界上最高的

虽然基础研究处于最前沿,但龚金龙团队也在研究二氧化碳矿化等实际应用。龚金龙教授幽默地说:“我们的研究不能太冷,但也要坚定不移。”

这种“接地气”的研究针对目前二氧化碳转化过程的经济形势,通过“离子液体协同催化转化”,“非碱性矿物矿化利用”等措施,采用更高效的催化剂制备高添加量-on精细化学品如聚碳酸酯和二氧化钛为二氧化碳矿化的工业应用提供了基础。

据龚金龙介绍,目前中国有2000万吨炼钢高炉渣含有钛,铝等不能利用的成分。它们的技术可以有效地回收钛和铝等金属元素,同时矿化和固定二氧化碳,矿化过程中得到的高纯度二氧化钛可以应用于染料生产,充分利用高炉渣的利用。目前,该技术的二氧化碳矿化效率达到200公斤/吨(非碱性矿石),是世界上最高水平。今天,研究小组正在进行膨胀试验,以处理300吨含钛高炉矿渣,以制备高纯度二氧化钛。