二氧化碳综合利用研究
2013年10月
二氧化碳综合利用研究
CO2是碳及含碳化合物的最终氧化物。CO2在自然界的存在相当广泛，它直接参与大自然的形成，影响人类和生物界的生存，空气中的二氧化碳约占0.039%，二氧化碳被认为是造成温室效应的主要来源。随着人们对CO2的深入认识，其生产、应用和研究愈来愈引起人们的重视。
一、二氧化碳的物理化学性质
二氧化碳在常温常压下为无色而略带刺鼻气味和微酸味的气体。
CO2相对分子质量: 44
气体相对（空气）密度：1.524 (0℃,1atm)
气体密度： 1.96g/L(0℃,1atm)
液态CO2相对密度：1.101（-37 ℃）沸点：-78.5 ℃。临界温度31.06℃，临界压力 7.382MPa。
固态密度: 1560kg/m3(-78℃)
CO2没有闪点，不可燃，不助燃（镁带在二氧化碳内燃烧生成碳与氧化镁，这是唯一的例外）；可与水、氢氧化钙等反应。
液体CO2和超临界CO2均可作为溶剂，超临界CO2具有比液体CO2更高的溶解性（具有与液体相近的密度和高溶解性，并兼备气体的低粘度和高渗透力）。
固态二氧化碳俗称干冰，干冰升华后可以吸收周围的热
量使温度迅速降低。
空气中二氧化碳的体积分数为1%时，感到气闷，头昏，心悸；4%-5%时感到眩晕；6%以上时使人神志不清、呼吸逐渐停止以致死亡。
二、二氧化碳的产品标准
1、工业液体二氧化碳 GB/T6052-2011
2、焊接用二氧化碳 HGT2537-1993
3、食品添加剂液体CO2 GB10621-2006
三、二氧化碳应用领域
近几年，CO2的应用领域得到广泛的开拓。除了众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，农业、国防、医疗等部门都使用CO2。以CO2为原料可以合成基本化工原料，比如合成甲酸、
草酸及其衍生物，合成羧酸和内酯；合成高分子化合物与可
降解塑料；以CO2为溶剂进行超临界萃取；CO2还可应用于采油、激光技术等尖端领域。具体情况如下：
3.1 食品加工行业（食品级CO2）
使用标准：GB 10621-2006食品添加剂液体CO2
饮料行业是国内食品级CO2的主要应用市场。按碳酸饮料行业标准，每吨碳酸饮料CO2的添加量为1.5%-2%，目前，我国碳酸饮料的人均年消费量不到5kg，与发达国家和地区相比有较大的差距，发展潜力较大。
另外，采用液体CO2、干冰速冻及CO2气调法贮存食品，可不添加任何防腐剂，保持适当低温，使水果、蔬菜获得良好的贮存效果，使食品保存期延长并保持其新鲜度。从长远看，为适应国际食品市场竞争的需要，食品冷冻保鲜和贮存粮食的杀虫熏蒸剂，仍将是国内CO2 潜在的广阔市场。
3.2 气体保护焊
使用标准：HGT 2537-1993 焊接用二氧化碳
CO2保护焊是一种高效率、低污染、低成本、省时省力的焊接方法。早在1964年我国就开始了CO2气体保护焊工艺的推广工作，已经在集装箱、船舶、汽车以及金属结构的焊接中得到应用，其中集装箱工业主要在深圳基地，船舶工业主要集中在大连、上海等基地应用最为广泛。
3.3 石油开采
使用标准：GB/T 6052-2011 工业液体二氧化碳。
由于二氧化碳易于达到超临界状态，处于超临界状态时，其性质会发生变化，其密度近于液体，黏度近于气体，扩散系数为液体的100倍，具有较大的溶解能力。原油溶有二氧化碳时，原油流动性、流变性及油藏性质会得到改善。因此，二氧化碳的特殊性质非常适合于低渗透油藏开发。二氧化碳驱油一般可提高原油采收率7%-15%，延长油井生产寿命15-20年。二氧化碳被注入井下后，约有50%至60%被永久封存于地下，剩余的40%至50%则随着油田伴生气返回地面。
20世纪80年代以后，二氧化碳驱油技术得到广泛的应用，美国是应用二氧化碳驱油研究试验最早、最广泛的国家，已成为油田提高采收率的主导技术之一，二氧化碳驱油项目108个，每天产油25万桶。
在国内，利用CO2作为油田注入剂已得到了实际应用，油田试验证实了CO2是一种有效的驱油剂，吉林、新疆、大庆、胜利油田进行的研究试验，均积累一定的实践经验。吉林油田开展了CO2 清洁泡沫压裂研究，形成了CO2清洁泡沫压裂新体系，降低了压裂液成本，提高了压裂液综合性能，并在井现场试验获得成功。
胜利油田利用CO2驱油提高采收率。2007年，中石化决定在胜利油田高89-1块进行二氧化碳驱油先导性试验，二氧化碳的注入使对应的5口生产井产量上升，井组日产油从31.6吨上升至42.1吨，累计增油7500吨。其中高89-9井产量从注
入前的每日4.5吨，上升到目前的9吨，增长了1倍。
3.4 用于烟丝生产
使用标准：GB 10621-2006食品添加剂液体CO2
液体CO2用于烟丝的膨胀处理，可使每箱香烟节约5%-6%烟丝，并可提高烟丝的质量。每箱香烟所需烟丝膨化剂为30kgCO2。目前国内有上海、宁波、昆明、广州等卷烟厂使用这项技术，具有良好的推广应用前景。
3.5 超临界萃取和干洗
使用标准：GB 10621-2006食品添加剂液体CO2
CO2在临界点以上，将会以超临界液体存在，其密度为0.2 -0.7g/cm3，临界温度为31.4℃，接近于室温，无毒、不燃、价廉、可提纯，工作性能相当好，萃取能力远远超过有机溶剂。超临界CO2萃取在一些项目中已获得应用，实例有鲜花生油、麦胚芽油、紫苏类植物油、鱼香精咖啡和高级烷醇等。
目前最普遍的干洗技术是采用烃类（石油类）、氯代烃作为溶剂。但此类溶剂闪点低，易爆易燃，干燥慢，毒性较高。干洗行业一直在寻找一种既清洁卫生安全高效的洗涤溶剂，目前已推出液体二氧化碳新型清洗剂，洗净值比石油溶剂高，略低于四氯乙烯，但在渗色、防污物再凝集等方面比四氯乙烯更好。
3.6 合成可降解塑料（CO2生产脂肪族聚碳酸酯多元醇）
使用标准：聚合级CO2（纯度99.99%）
由二氧化碳制备完全降解塑料的研究始于1969年日本油封公司发现，二氧化碳和环氧丙烷在催化剂作用下共聚可得到交替型脂肪族聚碳酸酯。这种聚合物具有良好的环境可降解性。美国在此基础上通过改进催化剂，于1994年生产出二氧化碳可降解共聚物。美国年产量约为2万吨，日本、韩国也已形成年产上万吨规模。
自上世纪90年代起，我国科研单位与企业合作相继开展了二氧化碳固定为可降解塑料的研究，并取得可喜进展。
中科院长春应化所开发出以稀土配合物、烷基金属化合物、多元醇和环状碳酸酯组成的复合催化剂技术，二氧化碳共聚物的数均相对分子质量达到10万左右，反应压力3-4MPa，反应温度控制在60－80℃，聚合时间6-10小时，消耗99.99%二氧化碳0.48吨/吨树脂、环氧丙烷0.74吨/树脂。生产的二氧化碳基塑料母粒主要有二氧化碳/环氧丙烷共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧环己烷三元共聚物等3个品种，外观均为淡黄色粒子或无色透明粒子，二氧化碳单元含量为31%-50%。在强制性堆肥条件下，这些全生物降解塑料可在50-60天内完全分解。在内蒙古鄂尔多斯市蒙西高新材料股份有限公司建设3000吨/年的CO2降解塑料生产线，在浙江邦丰塑料有限公司建立10000吨/年工业化生产线；与中海油公司合作在海南东方也建设3000吨/年的CO2降解塑料生
产线；在南通华盛新材料股份公司建设10000吨/年的生产线，共同开发出了具有我国自主知识产权的生物可降解CO2塑料薄膜，将聚合物的耐受温度从以往的20-40℃提高到60℃。与吉林金源北方科技发展有限公司合作，开发出二氧化碳共聚物医用敷料，并获得了世界上第一个二氧化碳共聚物医用一次性可降解材料生产许可证。
中山大学与河南天冠集团合作，采用高效纳米催化剂技术，在南阳市建成5000吨/年的工业化生产线。
德国南方化学工业公司、韩国LG化学等也在计划进行相关的工业化生产线的建设工作。
二氧化碳可降解塑料应用上存在的问题：一是成本高。由于项目规模小，项目所用催化剂价格贵，项目所需主要原料环氧丙烷和环氧氯丙烷价格也较高，导致二氧化碳降解塑料的价格始终高于石油基塑料1.5-2倍。二是需求小、销售难。二氧化碳降解塑料的热稳定性、阻隔性、加工性与石油基塑料存在一定差距，限制了其只能在食品包装、医疗卫生等有特殊要求的极少数领域使用，无法在需求巨大的薄膜、农地膜等领域推广应用。不仅如此，即便在有限的食品包装、医疗卫生领域，也面临聚乳酸、聚乙烯醇等降解塑料的竞争。三是投资风险大。就单位产品投资额而言，二氧化碳降解塑料项目的投资额比煤制油还高，一个1万吨/年二氧化碳降解塑料项目，往往需要1.4亿元以上的资金投入，单从经济
效益考虑，项目的投资风险是很大的。
3.7 合成聚氨酯塑料（CO2生产聚醚多元醇）
使用标准：聚合级CO2（尚无标准）
Bayer公司正在与德国RWTH Aachen、能源供应商RWE 公司等携手合作，寻找新途径，利用CO2生产多元醇，并进一步制成聚醚，以取代环氧丙烷。这个研发项目被命名为“Dream Production”。项目于2010年5月启动，2012年4月成功开发出一种能够让CO2快速高效反应并降低能耗的锌基催化剂，使CO2用于生产多元醇变为可能，再与异氰酸酯反应生成聚醚型聚氨酯。目前这一工艺正在德国Leverkusen 地区的一套小型装臵上验证，据称样品已经试制成功，预计2015年将首次实现工业化生产，其聚醚装臵规模预计为100kt/a。
中国科学院广州化学所，采用纳米催化剂技术，与江苏泰兴金龙绿色化学有限公司合作开发出新型CO2共聚催化剂分离系统，得到了无色催化剂含量低于10%的脂肪族聚碳酸酯多元醇，可以生产出聚氨酯材料，新产品的废弃物一个月可降解33%，建设了20000吨/年装臵。该技术若转让，需要两家单位共同许可。
3.8 在基本有机化工行业中的应用
使用标准：聚合级CO2（尚无标准）
CO2除了成熟的化工利用（例如合成尿素、生产碳酸盐、阿司匹林、制取脂肪酸和水杨酸及其衍生物等）以外，现在又研究成功了许多新的工艺方法，例如碳酸二甲酯、苯乙烯、双氰胺、碳酸丙烯酯、甲酸及其衍生物等。
二氧化碳和环氧化合物（环氧乙烷和环氧丙烷等）可转化为环状碳酸酯，这是另一类较为成熟的二氧化碳化学利用技术，但研究者仍在努力开发出更加高效的催化剂。法本公司1943年首先发现二氧化碳和环氧乙烷在催化剂作用下形成碳酸乙烯酯，后来美国、欧洲和日本等国家和地区均进行了相关工艺技术开发。中国科学院兰州化学物理研究所近年来开发了环氧乙烷经碳酸乙烯酯制备乙二醇，并联产碳酸二甲酯的全流程工艺。美国Fluor公司于1960年代初以二氧化碳和环氧丙烷为原料，开发了碳酸丙烯酯工艺技术，继而实现工业化，此后众多国外公司对碳酸丙烯酯工艺进行了研发，并陆续取得成功，国内杭州化工研究所、南京化工研究院、上海化工研究院等单位对碳酸丙烯酯生产技术亦进行了开发，并成功得到工业应用。环状碳酸酯和甲醇酯交换可制备碳酸二甲酯，酯交换法生产碳酸二甲酯技术已被国内企业广泛采用，碳酸二甲酯也可采用甲醇氧化羰基法和尿素醇解法制备。从整个工艺来看，无论采用哪种工艺技术生产碳酸二甲酯，均需间接或直接利用二氧化碳。碳酸二甲酯可作汽柴油添加剂或替代甲基叔丁基醚，也是芳香族聚碳酸酯合成
的重要原料；碳酸二甲酯还可作为羰基化、甲基化或甲氧基化试剂，替代光气和硫酸二甲酯等有毒物质，例如，碳酸二甲酯替代光气可合成聚氨酯原料异氰酸酯，消除环境安全隐患，并克服设备腐蚀等问题。可见，随着碳酸二甲酯下游技术开发成功和商业化应用，碳酸二甲酯的消费领域将迅速扩大，并形成规模化，因此，以碳酸二甲酯为核心的技术有望成为二氧化碳减排的关键技术之一。
3.9 二氧化碳的氨化
常规的氨化是生产碳酸氢氨或者和尿素，用作肥料，现在可以利用CO2和NH3在一定反应工艺条件下合成三聚氰酸等固体产品。三聚氰酸又能发生多种化学反应，衍生出三聚氰胺等用途广泛的化工产品。三聚氰胺产品为白色无味固体，物理性质稳定，只有温度高于330℃才能分解；这样，CO2氨化反应不仅能够达到CO2减排和封存目的，而且还使CO2得到高值利用。目前，山东大学化工学院已经完成采用尿素生产过程中的脲液与CO2氨化反应生产三聚氰酸的实验工作。
3.10 二氧化碳化学利用的新兴技术
可分为甲烷-二氧化碳共转化反应、二氧化碳加氢反应和烃类氧化脱氢等，目前此类技术正处于研发阶段，具体情况如下：
甲烷和二氧化碳进行催化重整反应，可得氢碳比（H2/CO）为1的合成气，可直接用于烯烃甲酰化等反应，但该重整反
应为强吸热反应，并存在严重的催化剂积炭问题，对该反应体系的工业应用关键在于能否解决催化剂的积炭问题，期待开发出高效工业催化剂。
甲烷和二氧化碳共活化可直接制取烃类，1988年首次报道了PbO-MgO、PbO-CaO、PbO-Na2O-MgO等催化剂作用下，甲烷-二氧化碳在微量氧存在下可转化成C2烃。
甲烷-二氧化碳共活化制含氧化合物选择合适的催化剂和方法，甲烷-二氧化碳化学共转化可直接得到包括乙醇和乙酸在内的含氧化合物，该技术路线因无需经过合成气，从而使工艺流程缩短，装臵投资降低，所以具有很强的吸引力。
二氧化碳加氢反应是指二氧化碳和氢气的反应，产物包括甲烷、C2+烃、甲醇、二甲醚或甲酸等。在负载型金属催化剂作用下，二氧化碳加氢可得到高选择性甲烷，如负载型Ru、Rh、Ni 催化剂甲烷选择性接近100%。
除了以上提到的各个应用领域以外，CO2还有一些潜在的应用市场。如在电、光、生物转化、环保等领域。这些领域大多数在国内仍处于实验阶段，但有的已经接近或达到了工业化水平，如泡沫塑料发泡剂、污水处理、CO2染色、CO2替代Ar气用于转炉钢吹炼气、CO2激光设备用于小型电讯设备印刷电路板钻孔、CO2超低温真空冷冻干燥制备生物制品以及其它有机化工产品等。
从以上各项利用可以看出，最好的应用是用作化工生产
的原料，不但能够降低生产成本，而且还减少了排放，具有较高的环保意义。
四、二氧化碳排放交易
2007年，中国CO2排放量为60.71亿吨，成为世界第一大二氧化碳排放国，面对国际气候变暖，受到来自国际社会的巨大压力。国务院于2012年1月13日下发…2011?41 号《关于印发“十二五”控制温室气体排放工作方案的通知》，要求到2015年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2010年下降17%，到2020年将每单位国内生产总值(GDP)的碳排放较2005年削减40-45%。
2005年至2008年金融危机前，以欧洲碳市场为主要指标的国际碳价波动频繁剧烈，价格区间在每吨10欧元至将近30欧元，但此后持续下跌，目前已跌至不足4欧元。深圳排放权交易所于2013年6月18日正式投入实际运行，目前的碳交易价格定为30元/吨。
五、二氧化碳的提纯生产技术
为了运输和使用方便，生产中一般都把二氧化碳制成液体或固体产品，从理论上讲，只要二氧化碳达到临界温度31.04℃以下，在特定压力下即可液化，压力越高液化温度越高。二氧化碳生产其实就是液化和净化的过程，不同的二氧化碳生产工艺其本质差别就是净化技术的不同。常用的工艺有低压冷冻法、变压吸附法、精脱硫与浅低温精馏组合法
及精脱硫、催化氧化与精馏组合法，各种工艺优缺点对比见下表。
液体二氧化碳生产技术对比表
处理工艺低压冷冻法变压吸附法精脱硫、催化氧化与精馏
组合法
工艺特点在高压法的基
础上加以改
进，配合干燥
脱水工艺，在
浅低压下低温
冷冻，将水分
及杂质分离。
利用吸附材料对不同气
体在吸附量、吸附速度、
吸附力等方面的差异以
及吸附剂的吸附容量随
压力变化而变化的特性，
在加压时完成混合气体
的吸附分离，在降压下完
成吸附剂的再生，从而实
现气体分离和吸附剂循
环使用的目的。
在特定条件下利用催化
氧化的原理，将原料气中
的所有可燃性杂质与氧
发生氧化反应而加以脱
除，燃烧后产物是水和二
氧化碳，由于燃烧反应彻
底，为这些杂质的彻底去
除提供了技术保证，再结
合使用合理先进的脱硫
技术和低温提纯技术。
优点工艺技术比较
成熟，投资较
低。
较适合于从低浓二氧化
碳气体中提浓二氧化碳。
产品质量GB10621-2006
（食品级）标准。
缺点投资高纯度和杂质含量波动大。投资高
应用范围常规化工原料化工生产中间原料高分子聚合单体和食品应用
精脱硫、浅低温精馏组合法及精脱硫、催化氧化与精馏组合法主要实用于生产食品级液体二氧化碳。变压吸附法特点是气源纯度适应范围较宽，适合二氧化碳浓度20%以上的各种气源（浓度太低，经济效益低），较适合于从低浓气体中提纯二氧化碳，但纯度和杂质含量波动大，很难长期保证产品质量稳定。低温冷冻法工艺技术比较成熟，在国内外已广为使用，二氧化碳纯度较高，工程投资相对较低，一般均采用该技术生产二氧化碳。
二氧化碳的制备 一、单选题 1．实验室制取二氧化碳常用方法是（） A．木炭在O2中燃烧 B．煅烧石灰石 C．大理石与稀盐酸反应 D．大理石与稀H2SO4反应 2．实验室制取二氧化碳一般有如下步骤：①检查装置气密性；②按要求组装实验装置； ③通过长颈漏斗加入酸液；④向锥形瓶内加入适量的石灰石；⑤收集气体。正确的操作顺序是（） A．②①④③⑤B．①②③④⑤C．②③④①⑤D．①④②③⑤3．在实验操作考查中，小明抽到的题目是“二氧化碳的制取、收集和验满”。如图是他的主要实验步骤，其中操作有误的是 A．加入药品B．收集气体 C．检查装置气密性D．验满 4．厕所用清洁剂中含有盐酸，如果不慎洒到大理石地面上，会发出嘶嘶声，并有气体产生，这种气体是（） A．二氧化碳B．氧气C．氢气D．二氧化硫5．下列实验目的对应的实验方法不正确的是（）
二、简答题 6．目前市场上销售的汽水饮料大多数是碳酸饮料，其中溶有二氧化碳气体。打开汽水瓶盖时，汽水会自动喷出来，这是因为气体在水中的溶解度随_ ____。喝了汽水后，常常会打嗝，这是因为气体的溶解度随___ __。检验打开瓶盖时冒出来的气泡是二氧化碳气体的有关反应的文字表达式是__ ___。 三、实验题 7．(1)如图是某微型实验的装置图，试管中的反应发生后，a、b两处及烧杯中的现象是___ __ ___。 (2)采用微型实验装置的优点是_____ _______(答出一条即可)。 8．请结合如图所示实验装置回答有关问题： ①写出装置中标号仪器的名称：a__ ___。 ②写出过氧化氢制取氧气的文字表达式__ ___。根据该反应原理，可选择图中_____（填字母）与_____（填字母）组装一套制取氧气的装置。氧气检验方法是_ ____。 ③实验室制取二氧化碳所用药品__ ___和____ _（填名称），你所组装的上述制取氧气的装置_____（填“能”或“不能”）用于实验室制取二氧化碳。二氧化碳的验满方法__ ___。
二氧化碳处理技术 王洋32420132204724 自人类进入工业社会以来，煤炭、石油等化石燃料的大量使用造成了严重的环境问题。其中最为严峻的就是全球气候变暖问题。也叫做温室效应，目前,人类在能源系统中产生大量二氧化碳并直接排放是导致该现象的主要原因。同其他环境问题相比,二氧化碳的排放影响空间大且作用时间长,因此解决起来非常困难。大气中的二氧化碳含量已由工业革命前的2.80×10-4(体积分数,下同)上升到目前的3.56×10-4。如果不采取措施控制二氧化碳的排放,预计到2020年,大气中二氧化碳含量将达到6.60×10-4。一方面,如何降低二氧化碳排放量,变废为宝,实现其分离回收与综合利用是摆在广大环境科技工作者面前的重要课题。另一方面,二氧化碳作为地球上最丰富的碳资源,可转化为巨大的可再生资源。 现阶段,二氧化碳的资源化研究已引起人们的密切关注,且其开发前景非常广阔。二氧化碳的处理技术一般分可为从大气中分离固定和从燃放气中分离回收两大类。现阶段,从大气中分离固定二氧化碳技术主要有生物法,而从燃放气中分离回收二氧化碳技术主要有物理法、化学法和物理-化学法等。 1.1从大气中分离固定二氧化碳 如今,大气中的二氧化碳已经达到了较高的浓度,设法将其从大气中分离出来并加以固定,是当前不容忽视的研究课题。大气中游离的二氧化碳主要通过陆地、海洋生态环境中的植物、自养微生物等的光合作用或化能作用来实现分离和固定。固定大气中二氧化碳的生物主要是植物和自养微生物。人们往往将注意力放在植物的光合作用上。地球上存在各种各样的生态系统,尤其是在植物不能生长的特殊环境中,自养微生物固定二氧化碳的优势便发挥出来了,二氧化碳的微生物固定是一支决不能忽视的力量。二氧化碳是不活泼分子,化学性质较为稳定,过去人们一直认为它是燃烧过程的最终产物。高效固定二氧化碳的微生物(生物催化剂),可在温和条件下实现向有机碳的转化,微生物在固定二氧化碳的同时,可获得许多高营养、高附加值的产品。温室气体二氧化碳的微生物固定在环境、资源及能源等方面将发挥极其重要的作用。海洋对吸收二氧化碳存在着巨大的潜力。日本有关学者已筛选出能在很高的二氧化碳含量下繁殖的海藻,并计划在其太平洋海岸进行大面积人工繁殖试验,旨在吸收该地区工业化后排放的二氧化碳。美国还利用盐碱地里的盐生植物吸收二氧化碳,并在墨西哥进行试植。 1.2从燃放气中分离处理二氧化碳 1.2.1物理法 物理法分离处理二氧化碳技术主要有:物理吸收法、膜分离法、变压(变温)吸附法、海洋深层储存法和陆地蓄水层(或废油、气井)储存法等。 1)物理吸收法:通过交替改变二氧化碳与吸收剂(有机溶剂)之间的操作压力和操作温度以实现二氧化碳的吸收和解析,从而达到分离处理二氧化碳的目的。在整个过程中不发生化学反应,因而所需的能量消耗相对较少。一般讲来,有机溶剂吸收二氧化碳的能力随着压力增加和温度下降而增大,反之则减小。 物理吸收法其关键在于确定优良的吸收剂。对吸收剂的要求是:对二氧化碳的溶解度大、选择性好、沸点高、无腐蚀、无毒性、化 学性能稳定。常见吸收剂有丙烯酸酯、N-甲基-2-D吡咯烷酮、甲醇、乙醇、聚乙二醇及噻吩烷等高沸点有机溶剂,以减少溶液损耗和蒸气外泄。 2)膜分离法:膜分离法是利用一些聚合材料,如醋酸纤维和聚酰亚胺等制成的薄膜对不同气体具有不同的渗透率这一特性来分离气体,其中包括分离膜和吸收膜两种类型。其推动力是膜两边的压差。工业上用于二氧化碳分离的膜材质主要有醋酸纤维、乙基纤维素、巨苯醚及聚
二氧化碳的性质教学设计 景慧慧05211066 一、教学设计思路 故事引入 提出问题 实验探究 知识归纳 综合运用 运用多种教学手段使学生在科学探索的过程中学习新知识，同时培养学生的科学素养和探究精神，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，培养学生关注生活、关注环境的情感。 二、教案 课题：二氧化碳的性质 教学目标 知识与技能： 1.掌握二氧化碳的有关性质及相关方程式的书写； 2.了解二氧化碳的有关用途； 3.了解并关注温室效应。 4.通过探究二氧化碳性质的实验，培养学生的观察和思维能力。 过程与方法： 通过对二氧化碳的性质、用途等有关知识的探究学习，使学生通过教师的帮助和自身的努力领悟知识要点，通过设计并完成实验，使学生初步认识科学探究的基本过程，并进行初步的探究活动。通过相互交流、探究式的学习方式，使学生产生科学探究的兴趣，从而产生学习化学的强烈愿望。 情感态度和价值观： 1.通过对二氧化碳有关知识的讨论学习，使学生能够全面认识和评价自然界中的物质，体会到人只有了解自然，才能更好地利用自然。 2.形成勤于思考、严谨求实、善于合作、勇于创新和实践的科学态度。 3.让学生了解温室效应对人类可能产生的危害，树立关注社会、环境，热爱自然的情感意识。 重点和难点 二氧化碳的化学性质；二氧化碳与水和石灰反应的原理. 教学方法：主要采用探究实验分析法，把部分教材演示实验改为学生实验，让学生亲自参与。 仪器和药品：自制简易天平、试管、导气管、酒精灯、试管夹、火柴、木条、饮料瓶；集满二氧化碳的集气瓶、蒸馏水、紫色石蕊试液、澄清石灰水、
1.CO2的密度与空气相比 (A)比空气大（B）比空气小（C）与空气相等（D）无法判断 2.CO2 在水中的溶解性是 (A)难溶于水（B）能溶于水（C）微溶于水（D）易溶于水 3.下列操作中只发生物理变化的是 (A) 将CO2通入水中（B）将CO2 通入澄清石灰水中 (C)将CO2倾倒入放着燃着蜡烛的烧杯中（D）将CO2加压降温压缩成干冰。 附2：课堂练习二 4.二氧化碳的水溶液，能使紫色石蕊液变成 (A)红色（B）紫色（C）蓝色（D）无色 5.常温下，二氧化碳跟水发生的化学反应属于 (A)化合反应（B）分解反应（C）置换反应（D）氧化反应 6.下列性质中，与二氧化碳灭火无关的是 (A)它能溶于水（B）一般情况下，它不能燃烧 （C）它的密度比空气大（D）一般情况下，它不支持燃烧 布置作业： 1.课后习题 2. 二氧化碳的功与过 3. 思考：日常生活中，为了装饰我们的房子，我们给墙壁刷石灰水，当石灰水变干时墙壁会被一白色的物质覆盖，变得很白。在这过程中，为了使效果更好，人们常在房中放一盆炭火，这是为什么呢？你能利用你所学到的知识解释吗？
二氧化碳的资源化利用 【摘要】二氧化碳作为化石燃料燃烧的副产物，直接排放会对大气造成污染，形成温室效应。目前，全球回收的二氧化碳约40％用于生产化学品、35％用于油田三次采油、10％用于制冷、5％用于碳酸饮料、10％用于机械保护焊接、金属铸造加工、农业施肥等领域，但全球利用二氧化碳生产化学品总的利用量不到2亿吨。为了解决能源紧张、消除污染，大力开发二氧化碳资源的化学利用，具有重要的现实意义和广阔的应用前景[1]。 【前言】胡锦涛同志2009年9月22日在联合国气候变化峰会开幕式上发表讲话，中国争取到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年有显著下降。2007年2月2日，政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布《全球气候变化第四次评估报告》，该报告明确指出：人类活动要为全球暖化现象负90％的责任，全球暖化现象主要归因于人类使用化石燃料，排放了大量的二氧化碳等温室气体，造成了温室效应[2] 。近年来，随着工业的快速发展，绿色植被减少，越来越多的化石燃料的燃烧导致大气中二氧化碳含量逐年增加。目前二氧化碳在食品、化学合成、机械、农业、商业、运输、石油开采、国防、消防等众多领域中均有广泛的应用。烟气中二氧化碳的资源化研究正成为当前各国所需要迫切解决的热点问题。 随着人类社会的不断发展，人们对自然资源的依赖程度逐渐增大，其消耗速度也在不断增长。其中，化石能源作为人来赖以生存的最重要的一次能源之一，近年来的全球消耗量正在以惊人的速度增长，从某种意义上可以说，正是化石资源所提供的能量在驱使着人类历史的巨轮缓缓前进。然而，不断增长的能源消费也对环境带来了诸多的负面影响，其中CO2的排放问题越来越受到政府、公众、企业界以及学术界的关注，2009年12 月7 日在丹麦首都哥本哈根召开的《联合国气候变化框架公约》第十五次缔约方会议最终在以中美两方为代表的两大阵营的激烈碰撞中草草收场，仅仅形成了一个无实质性无约束力的《哥本哈根协议》。这一结果一方面充分显示了目前减少CO2 排放的重要性和迫切性，同时也反映出了“减排”已不仅仅是一个环境热点，而是已经成为了一个威胁人类生存和发展的，达到国际关系高度的复杂问题。 我国作为发展中国家，并没有强制性的减排指标。然而，如果继续使用现有落后的技术，CO2排放问题势必成为阻碍我国经济可持续发展的主要瓶颈之一，也必将严重影响到我国的国际形象。近年来，我国政府在温室气体减排问题方面出台了一系列政策、法规，提出了量化的减排指标，加速淘汰落后产品。正如温家宝总理在哥本哈根气候变化会议领导人会议上的讲话所提到的：“我们的减排目标将作为约束性指标纳入国民经济和社会发展的中长期规划，保证承诺的执行受到法律和舆论的监督。我们将进一步完善国内统计、监测、考核办法，改进减排信息的披露方式，增加透明度，积极开展国际交流、对话与合作。”[3]由此可见，党中央和国家政府对温室气体减排问题给予了高度的重视，而发展新型高效的减排技术已经成为了当前我国乃至全世界需要迫切解决的科学技术问题之一。 当前，减排的主要路线首先是从源头上减排，即通过调整产业、经济、能源结构，鼓励低排放、低能耗企业的建设，对高能耗的企业实行技术改造；大力发展节能技术，提高能源利用率；寻找新能源；增强公民意识，改变生活方式等：其次，对迫不得已排放的CO2通过回收分离、捕获贮存、资源化利用等技术减少或消除其排放[4]。其捕获分离C02技术如下：1.吸收法 包括物理吸收和化学吸收。物理吸收是指利用那些对CO2具有较大溶解度的有机溶剂做吸收剂，通过对CO2的加压让其溶解到该溶剂内，再通过减压让CO2释放出来，通过这样的交替方式完成CO2的捕获分离。 2.吸附法[5]
二氧化碳的性质和制取（讲义） ?知识点睛 1.二氧化碳的性质 （1）物理性质 无色、无味的气体，密度比空气大，能溶于水。 固态二氧化碳为白色雪花状固体，俗称，常用 作制冷剂，也可用于人工降雨。 （2）化学性质 ①不燃烧，也不支持燃烧 ②与水反应 化学方程式： 生成的碳酸能使紫色石蕊溶液变红； 碳酸不稳定，容易分解成二氧化碳和水。 化学方程式： ③与澄清石灰水反应（此反应用来检验二氧化碳） 化学方程式： 与氢氧化钠溶液反应（此反应用来吸收二氧化碳） 化学方程式： （3）用途 灭火、光合作用、气体肥料、制冷剂、人工降雨等。 2.二氧化碳的制取 （1）工业制取二氧化碳 反应原理： 【拓展】CaO 易与水发生反应，大量的热， 可用作干燥剂，反应的化学方程式：。 （2）实验室制取二氧化碳 ①药品：和 反应原理： a.不选用浓盐酸，因为浓盐酸易挥发产生， 导致收集到的CO2不纯。 b.不选用稀硫酸，因为反应生成的微溶于 水，会附着在大理石的表面阻止反应继续进行。 c.不选用碳酸钠粉末，因为碳酸钠粉末与稀盐酸 反应速率太，不方便收集。 （Na2CO3+2HCl 2NaCl+H2O+CO2↑）
②实验装置 实验室制取的CO2中常混有HCl 和水蒸气，可利用 如下装置进行净化。饱和NaHCO3溶液可除去HCl， 浓硫酸具有吸水性，可用作干燥剂，除去水蒸气。 【拓展】万能瓶的应用 图A：收集气体（根据气体密度选择合适的进气口）； 图B（短进长出）：收集气体（液体被挤入烧杯）； 图C（长进短出）：除去杂质（气体充分接触液体）； 图D（长进长出）：既能除杂质，又能收集气体。 ③二氧化碳的检验、验满 a.检验：通入澄清石灰水。 b.验满：燃着的木条放在集气瓶口。 ?精讲精练 1.下列有关二氧化碳的实验只能证明其物理性质的是（） A． B． C． D．
二氧化碳的影响及综合利用 引言:近十多年来，在涉及地球环境保护的诸多问题中，最令人关注的当属大气环境逐渐变暖，即所谓的温室效应。近年来所发生的许多危害，都或多或少被打上了温室效应的烙印，如：严酷的天气类型，变化的生态系统，物种灭绝及生物多样性的丧失，饮用水的减少，海平面上升造成的陆地减少和平均气温上升等。尽管产生全球气候变化的原因是多方面的，但大量研究表明，产生温室效应的主要原因与温室气体（CHG）的大量排放有直接关系。 当前所谓的温室气体主要有6种，除二氧化碳外，还包括甲烷，氧化氮，氢氟烃，全氟碳和六氟化硫。这些气体能大量吸收地球表面辐射的热量，从而使地表温度升高而产生温室效应。而现在摆在人们面前的不仅仅是如何减少二氧化碳的排放量，更应该去思考如何利用这部分温室气体进行工业生产，来为世界创造更多的价值。 一、概述: 碳循环是碳通过大气圈，生物圈，土壤圈，岩石圈和水圈的变化和传递的总过程。 碳在生物圈的存在形式主要为有机碳；碳在水圈中的存在形式为溶解的有机碳，溶解的无机碳，沉淀的有机碳，沉淀的无机碳和有机碳；碳在岩石圈中的存在形式为有机碳（包括化石燃料）和碳酸盐；碳在土壤圈的存在形式为有机碳；碳在大气圈中的主要存在形式为二氧化碳和甲烷气体。
现在大气中的二氧化碳的浓度为0。000370%。而近年来，人类每年排入大气的二氧化碳为280*10^8t，是植被和土壤呼吸及海表交换排入大气的CO2平均自然流通量（总量约为5500*10^8t）的5%。大气中CO2总量的变化由排放和吸收量之间的净平均差额决定，而不是各流量本身。有数据表明：在过去的42万年中，二氧化碳的含量在过去的250年增长了31%，其中最近几十年更是以指数形式在增长。而化石燃料的使用对CO2排放的贡献占人类活动总排量的70%~90%。 Rising carbon dioxide concentrations in air in the past decades 二、温室效应： 目前，公认的二氧化碳所引起的温室效应对人类生活环境的几大影响主要包括：一是极端气象和气候现象频繁发生；二是冰川融化，海平面上升；三是对动植物种群数目和分布产生影响；四是全球气候变暖导致越来越严重的缺水问题；五是全球全球变暖带来的种种后果将使人类健康问题越来越突出。 1.温室效应的起因
年 级 初三 学 科 化学 编稿老师 李艳红 课程标题 二氧化碳的制取 一校 黄楠 二校 林卉 审核 张美玲 一、考点突破 1. 了解实验室中制取二氧化碳的反应原理。 2. 探究实验室中制取二氧化碳的装置，并利用设计的装置制取二氧化碳。 3. 了解实验室中制取气体的思路和方法。 二、重难点提示 重点是制取气体时实验仪器和收集方法的选择。 本节的知识导图： 1. 二氧化碳的实验室制法 （1）实验室制取二氧化碳的药品选择 稀盐酸和大理石或石灰石（主要成分是碳酸钙）。理由是反应速率适中，原料价廉易得。所以实验室大都用上述药品制取二氧化碳。 注意：①不能选用硫酸，因为硫酸与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙覆盖在碳酸钙的表面上，阻止了反应继续进行。 ②不能选用浓盐酸，因为浓盐酸易挥发，得不到纯净的CO 2气体。 ③不能用碳酸钠代替石灰石，因为反应太剧烈，产生的气体难以收集，反应速率的快慢与反应的物质的接触面积和质量分数有关。接触面积越大，反应物质的质量分数越大，反应速率就越快，反之，则越慢。 （2）实验室制取二氧化碳的原理 ↑++=+22232CO O H CaCl HCl CaCO （3）实验室制取二氧化碳的装置
①根据制取CO 2所用的反应物状态、反应条件（常温）和CO 2的性质等方面的因素，选择如下装置（图A 或图B ）来制取CO 2。 A 装置用来制取较多的CO 2气体， B 装置用来制取较少的CO 2气体。 ②注意： a. 反应物为固体（块状）与液体，不需加热，气体密度比空气的大，能溶于水。可以采用与制氢气相同的装置，但收集方法不同。 b. 装置A 中的锥形瓶可用大试管、平底烧瓶、广口瓶等仪器代替。 c. A 中长颈漏斗末端必须插入到液面以下，否则生成的气体会从长颈漏斗口跑掉。 d. B 中导管伸入试管内无需太长，更不能插到液面以下，而导管伸入集气瓶时，末端必须插入到集气瓶底。 （4）实验室制取CO 2气体的实验操作过程 ①检验反应装置的气密性。 ②装入大理石、塞紧塞子、发生装置内导管刚露出塞子即可。（装入大理石时，平放试管，用镊子将大理石块放进试管口慢慢滑下。） ③把反应装置固定好 ④从长颈漏斗加入稀盐酸至浸没漏斗末端。 ⑤收集气体，导管末端插入集气瓶底部。 ⑥检验是否集满。 （5）二氧化碳的净化 实验室制得的CO 2往往含有少量的HCl 气体和水蒸气，若要得到纯净的CO 2，就必须要净化（如下图所示）。 注意：NaHCO 3溶液能除去HCl 气体，同时产生CO 2气体；浓H 2SO 4吸收水分，作干燥剂。 （6）二氧化碳的检验 利用澄清石灰水来检验CO 2。如下图所示。化学方程式为： O H CaCO OH Ca CO 2322)(+↓=+。具体方法：将气体通入澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则通入的气体为CO 2；如果未变浑浊，则不是CO 2。
二氧化碳的捕集、封存与综合利用
前言 近年来，温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点，如何从源头减少二氧化碳排放和降低大气中二氧化碳的含量成为挑战人类智慧的难题。中国作为一个发展中国家，主要以煤炭的消费为主，主要的CO2排放源为燃煤的发电厂。从总量上看，目前我国的二氧化碳排放量已位居世界第二，预计到2025年，我国的CO2总排放量很可能超过美国，位居世界第一。因此，我国急需对所排放的二氧化碳进行捕获研究，以缓解我国的空气污染压力。目前CO2的应用领域得到了广泛开拓，除了众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，工业、农业、国防、医疗等部门都在使用CO2。科学研究己经证明，CO2具有较高的民用和工业价值:以CO2为原料可合成基本化工原料；以CO2为溶剂进行超临界萃取；还可应用于食物工程、激光技术、核工业等尖端高科技领域；近年来开发出的新用途如棚菜气肥、保鲜、生产可降解塑料等也展现出良好发展前景。[1]
1.CO2捕集系统 CO2捕获技术发展的方向是降低技术的投资费用和运行能耗。依据捕获系统的技术基础和适用性，通常将火电厂CO2的捕集系统分为以下4种：燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧技术以及化学链燃烧技术。 1.1 燃烧后脱碳 燃烧后脱碳是指采用适当的方法在燃烧设备后，如电厂的锅炉或者燃气轮机，从排放的烟气中脱除CO2的过程。 在燃烧后捕集技术中，由于烟气中CO2分压通常小于0. 15个大气压，因此需要与CO2结合力较强的化学吸收剂分离捕集CO2，用于CO2捕集的化学吸收剂主要是能与CO2反应生成水溶性复合物的有机醇胺类。目前在CO2捕集方面研究和采用较多是醇胺法(MEA法)。[2] 燃烧后捕集技术是一种成熟的技术，这种技术的主要优点是适用范围广，系统原理简单，对现有电站继承性好。但捕集系统因烟气体积流量大、CO2的分压小，脱碳 的捕集成本较高。 过程的能耗较大，设备的投资和运行成本较高，而造成CO 2 1.2 燃烧前脱碳 燃烧前脱碳就是在碳基原料燃烧前，采用合适的方法将化学能从碳中转移出来，然后将碳与携带能量的其他物质分离，从而达到脱碳的目的。燃烧前分离捕集CO2实质上是H2和CO2的分离，由于合成气的压力一般在2. 7MPa以上(取决于气化工艺)，CO2的分压远高于化石燃料在空气燃烧后烟气中的CO2分压。典型的燃烧前CO2捕集流程分三步实施: (1)合成气的制取：将煤炭、石油焦、天然气等燃料与水蒸气、氧气进行不完全的燃烧反应，生成CO和H2的合成气。 (2)水煤气变换：将合成气的CO进一步与水蒸气发生CO变换反应，生成CO2和H2。 (3)H2/CO2分离：将不含能量的CO2同能量载体H2分离，为后续的氢能量利用和CO2封存等作准备。[3] 燃烧前捕集技术的成本比燃烧后捕集技术的成本低，具有较大的发展潜力。
废气二氧化碳的综合利用——制造可降解塑料 目前全世界每年因工业化生产过程产生并排放的二氧化碳总量超过240亿吨，其中150亿吨被植物吸收，而净增的90亿吨则成为污染环境的主要废气，危及人类生存空间。以二氧化碳为主的温室气体引发的厄尔尼诺、拉尼娜等全球气候异常，以及由此引发的世界粮食减产、沙漠化现象等，已引起世界关注。 鉴于二氧化碳气体对环境的危害，人类一直都在探索科学利用二氧化碳的途径。众所周知，CO2气体不活泼，与其他化合物尤其是有机物很难聚合，极大地限制了CO2的综合利用。如果能够把二氧化碳中的碳、氧元素加以转化，转化成我们所需要的材料，这是科学家一直关注的问题。其中，利用二氧化碳能否制取塑料是科学家比较关注的技术之一。早在1969年，万吨，日本已形成年产3000吨到4000吨二氧化碳聚合物的生产能力，韩国正筹建年产3000吨的生产线。但由于成本居高不下，再加上其塑料性能有待改善，用二氧化碳制造塑料仍处于半试验阶段。 在这个方面，我国科学家于20世纪80年代也展开了研究。中科院广州化学研究所孟跃中课题组采用CO2和环氧丙烷在纳米负载催化剂的作用下进行共聚，在温度为60 ℃，压强为50 MPa的条件下，生产出全降解塑料——聚碳酸酯，使从废气中提取的CO2气体得到综合利用，形成科学合理的产业链。他的研究组攻克的二氧化碳制塑技术，其制取的塑料可以用普通的生产工艺进行生产，经加工后可以变成日常用的饮料瓶、快餐饭盒等，有些性能上还要优于现在通用的塑料。利用此技术生产的降解塑料，不仅利用工业废气二氧化碳制造成对环境友好的可降解塑料，而且避免了传统
塑料产品对环境的二次污染。 目前全世界每年因工业化生产过程产生并排放的二氧化碳总量超过240亿吨,其中150亿吨被植物吸收，而净增的90亿吨则成为污染环境的主要废气，危及人类生存空间。以二氧化碳为主的温室气体引发的厄尔尼诺等全球气候异常，以及由此引发的世界粮食减产、沙漠化现象等，引起广泛关注。二氧化碳的综合利用由此成为全球的研发热点，而将二氧化碳中的碳、氧元素充分利用制取塑料更成为备受关注的技术之一。江苏金龙绿色化学有限公司利用中科院广州化学研究所专利技术，以二氧化碳为原料，年产2000吨脂肪族聚碳酸亚乙酯及基于该树脂的降解型聚氨酯泡沫塑料产业化项目，在泰兴通过了国家环保总局组织鉴定，该技术具有自主知识产权。专家认为，在二氧化碳催化活化技术、聚氨酯泡沫塑料的高生物降解性等方面达到了国际先进水平。 利用该技术，每消耗1吨二氧化碳能生产出约3吨脂肪族聚碳酸亚乙酯树脂，并生产出约6吨降解型聚氨酯泡沫塑料。该产品性能优异，不仅可以替代市场上的普通包装材料和建筑用隔热材料，而且可用作电器及环保要求高的包装材料。
第二节二氧化碳制取的研究 一、实验室制取二氧化碳 ?原料：大理石或石灰石、稀盐酸。 ◆不用稀硫酸代替稀盐酸的原因：稀硫酸与大理石反应生成微溶于水的硫酸钙，阻碍反应的继 续进行。 ◆不用浓盐酸代替稀盐酸的原因：浓盐酸易挥发，使生成的二氧化碳中混有氯化氢气体而不 纯。 ◆不用纯碳酸钙或碳酸钠等代替大理石、石灰石的原因：它们与稀盐酸反应速率太快，不容 易控制和收集，且成本较高。 ?反应原理：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ ?发生装置：同分解过氧化氢溶液制取氧气的发生装置（原因：固体和液体混合，在常温下反应 生成气体） ?收集装置：向上排空气法收集气体的装置（原因：二氧化碳能溶于水，且密度比空气密度大） ?检查装置的气密性：用长颈漏斗插入液面内的气体发生装置，紧闭导气管出口，从漏斗中加水。 如果液面稳定后水面下降，则表明漏气；若水面不下降，则表明不漏气。 ?验满：把燃着的木条放在集气瓶口（不要伸入瓶内），如果火焰熄灭，证明二氧化碳已经收集满 了。 ?检验：把气体通入澄清的石灰水中，如果澄清的石灰水变浑浊，就证明收集的气体是二氧化碳。 ?净化：如果制取的二氧化碳中混有少量氯化氢气体和水蒸气时，可先将气体通过盛有碳酸氢钠 溶液的洗气瓶（除去氯化氢），再通过盛有浓硫酸的洗气瓶（除去水蒸气并进行干燥）。 ?注意事项见第二单元。 二、二氧化碳和氧化钙的工业制法：CaCO3CaO+CO2↑ 基础练习 一、填空题 1．右图是制取二氧化碳的装置，据此装置回答。 (1)图中仪器的名称：①， ②，③④。 (2)仪器中的反应物是：和(填名称)。反应的化学方程式：____________________________________。 (3)仪器②的下端没有插到液面以下造成的后果是是：； 导管伸进酸液中的后果是___________________________；图中的另一个错误是_________ ______________________________。 (4)收集二氧化碳采用法收集，原因是：。
二氧化碳综合利用研究 2013年10月 二氧化碳综合利用研究
CO2是碳及含碳化合物的最终氧化物。CO2在自然界的存在相当广泛，它直接参与大自然的形成，影响人类和生物界的生存，空气中的二氧化碳约占0.039%，二氧化碳被认为是造成温室效应的主要来源。随着人们对CO2的深入认识，其生产、应用和研究愈来愈引起人们的重视。 一、二氧化碳的物理化学性质 二氧化碳在常温常压下为无色而略带刺鼻气味和微酸味的气体。 CO2相对分子质量: 44 气体相对（空气）密度：1.524 (0℃,1atm) 气体密度： 1.96g/L(0℃,1atm) 液态CO2相对密度：1.101（-37 ℃）沸点：-78.5 ℃。临界温度31.06℃，临界压力 7.382MPa。 固态密度: 1560kg/m3(-78℃) CO2没有闪点，不可燃，不助燃（镁带在二氧化碳内燃烧生成碳与氧化镁，这是唯一的例外）；可与水、氢氧化钙等反应。 液体CO2和超临界CO2均可作为溶剂，超临界CO2具有比液体CO2更高的溶解性（具有与液体相近的密度和高溶解性，并兼备气体的低粘度和高渗透力）。 固态二氧化碳俗称干冰，干冰升华后可以吸收周围的热
量使温度迅速降低。 空气中二氧化碳的体积分数为1%时，感到气闷，头昏，心悸；4%-5%时感到眩晕；6%以上时使人神志不清、呼吸逐渐停止以致死亡。 二、二氧化碳的产品标准 1、工业液体二氧化碳 GB/T6052-2011 2、焊接用二氧化碳 HGT2537-1993 3、食品添加剂液体CO2 GB10621-2006
三、二氧化碳应用领域 近几年，CO2的应用领域得到广泛的开拓。除了众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，农业、国防、医疗等部门都使用CO2。以CO2为原料可以合成基本化工原料，比如合成甲酸、 草酸及其衍生物，合成羧酸和内酯；合成高分子化合物与可
第19卷 第3期 吉 林 工 学 院 学 报 V o l.19 N o.3 1998年9月 JOU RNAL O F J I L I N I N ST ITU T E O F T ECHNOLO GY Sep.1998 二氧化碳综合利用的可行性 α 杜元龙 苏俊华 (中国科学院金属腐蚀与防护研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室,沈阳110015)摘 要 随着高二氧化碳含量天然气田的相继发现,除烃类化合物外,二氧化碳也是一种宝贵 的资源,其开发利用有重要的技术经济意义。本文介绍了二氧化碳的性质、分离、回收、生产方 法、产品标准、分析方法、工业用途和市场开发前景,为二氧化碳的综合利用提供了可行性研究 报告。 关键词 二氧化碳 利用 分类号 O613171 0 引 言 随着石油、天然气工业的发展,国内在华北、中原、塔里木、东方和乐东等陆上和海上油气田的开发,二氧化碳作为天然气或油田伴生气的组分之一存在于油气中。有的含量高达60%以上。它与烃类化合物一样,也是一种非常宝贵的资源。本文对二氧化碳综合利用的有关问题进行了综述,希望能够为有关部门开发这项资源提供有益的参考。 1 二氧化碳的性质 二氧化碳,CO2,分子量为44.01,俗称碳酸气,又名碳酸酐。 在自然界中,CO2是最丰富的化学物质之一,为大气的一部分,也包含在天然气或油田伴生气中和以碳酸盐形式存在的矿石中。大气里二氧化碳含量为0.03%～0.04%,总量约为2.75×1012t,主要由含碳物质燃烧和动物的新陈代谢过程产生。在国民经济各部门,二氧化碳有着非常广泛的用途。二氧化碳主要用作化工原料、致冷剂、油田增产剂、惰性介质、溶剂和压力源等。在饮料、冶金、农业等部门也得到了愈来愈广泛的应用。 1.1 物理性质 二氧化碳比空气重,约为空气比重的1.53倍。是略带刺鼻气味和微酸性的气体。其主要的物理常数参见文献[1]。二氧化碳是非极性分子,但可溶于极性较强的溶剂(包括原油和凝析油)中。其溶解度的大小与温度、压力和溶剂的性质有关。二氧化碳在水中的溶解度参见文献[2]。二氧化碳在海水中的溶解度既受温度等外界条件的影响,又与海水中盐浓度有关[1]。二氧化碳溶于原油后会使原油容胀并使其粘度明显降低,因此可增强原油的流动性,并增加原油的产量。 在二氧化碳的三相点和临界点之间,可以用下式准确地计算出二氧化碳的蒸气压: lg P R=4.2397-4.4229 T R-5.3795lg T R+0.1832P R T2R α收稿日期:1997212221 杜元龙 男 1936年生 博士生导师 研究员 吉林工学院兼职教授
《二氧化碳制取的研究》教案 ［教学目标］ ①了解实验室制取二氧化碳的反应原理，探究实验室制取二氧化碳的装置，并利用设计的装置制取二氧化碳。②了解实验室制取气体的方法和设计思路。 ［教学重点难点］ 教学重点：探究实验室制取二氧化碳的装置，并制取二氧化碳。 教学难点：探究实验室制取二氧化碳的装置。 ［教学方法］实验探究式 ［教学用具］锥形瓶烧杯试管集气瓶长颈漏斗导管铁架台 镊子钥匙稀盐酸大理石稀硫酸碳酸钠澄清石灰水水 ［课时安排］2课时 第1课时 ［教学过程］ 一、提出问题、引入新课： 教师引言：CO2是我们非常熟悉的物质，人的呼吸作用就是吸入氧气呼出二氧化碳，那么你对二氧化碳了解多少（提示：从二氧化碳的性质和用途介绍）既然二氧化碳与我们的生活息息相关，那么二氧化碳又是如何制取的呢前面我们学习过哪些反应可以生成二氧化碳 二、合作探究 1、探究一：实验室制取二氧化碳的理想原料及反应原理。 请学生提供能生成二氧化碳放的最熟悉方案：例:①C+O2点燃CO2 ②C+2CuO高温2Cu+CO2↑ 教师引导学生：在实验室中制取气体要考虑产物纯度、条件是否容易达到等因素，学生小组讨论，评价方案。学生代表发言： 教师点评学生的发言并小结：①碳和氧气反应的结果比较复杂。如果氧气充足， 那么最后制得的气体中混有杂质氧气；如果氧气不足，那么最后制得的气体中混有一 氧化碳。②③条件在实验室中不容易达到。那么实验室到底用什么药品容易制取纯净 的二氧化碳呢 学生阅读课本，找到制取二氧化碳的药品----大理石（或石灰石）和稀盐酸，并 分析两种药品是什么物（混合物），何以见得（主要成分是碳酸钙），并简单介绍这 两种药品。 【学生分组实验1】大理石和稀盐酸的反应，让学生演示并注意实验操作细节， 并回答实验现象（有气泡产生）
名思教育个性化辅导教案 学生: 学科: 教师: 班主任: 日期: 时段: 课题奇妙的二氧化碳（二） 1、掌握二氧化碳的制备方法 教学目标 重难点透视1、二氧化碳的制备 知识点剖析 序号知识点预估时间掌握情况 1 二氧化碳的实验室制备40分钟 2 二氧化碳制备及氧气制备的比较20分钟 3 教学内容 教学内容 一、一、实验室制取二氧化碳 1、反应原理：药品：石灰石或大理石和稀盐酸 碳酸钙+盐酸氯化钙+水+二氧化碳 2发生装置：固液不需加热型 2、收集装置：只能用向上排空气法 验满：燃着的木条放在瓶口，若木条熄灭，则已集满。 检验：通入澄清石灰水澄清石灰水变浑浊 3、注意事项： ①用浓盐酸代替稀盐酸与石灰石反应有哪些缺点？ 气体中含有较多的氯化氢气体，导致不纯。 ②实验室为何不用碳酸钙粉末跟稀盐酸反应制取CO2？ 碳酸钙粉末跟稀盐酸反应生成CO2,但反应速度太快，不利于收集，因此不用于实验室制取CO2气体。 ③可否用硫酸代替盐酸与石灰石反应制CO2,为什么？ 不能用。因为开始时生成微溶于水的硫酸钙薄膜，附着在石灰石的表面，使它不能接触到稀硫酸，阻止反应继续进行。
二、常见气体的实验室制法以及它们的区别： 气体氧气（O 2）二氧化碳（CO 2 ） 药品 石灰石（大理石）（CaCO3）和稀盐酸（HCl） 反应 原理 仪器 装置 [固（+固）]或[固+液][固+液] 检验用带火星的木条,伸进集气瓶,若木条 复燃,是氧气；否则不是氧气 通入澄清的石灰水，看是否变浑浊，若浑浊则是CO2。 收集方法①排水法(不易溶于水) ②瓶口向上排空气法(密度比空气大) ①瓶口向上排空气法 (密度比空气大) （不能用排水法收集） 验满(验纯) 用带火星的木条,平放在集气瓶口,若 木条复燃,氧气已满,否则没满 用燃着的木条,平放在集气瓶口,若火焰熄灭,则已满； 否则没满 放置正放正放 注意事项①检查装置的气密性 (当用第一种药品制取时以下要注 意) ②试管口要略向下倾斜(防止凝结在 试管口的小水珠倒流入试管底部使试 管破裂) ③加热时应先使试管均匀受热，再集中在药品 部位加热。 ④排水法收集完氧气后,先撤导管后 撤酒精灯(防止水槽中的水倒流,使试 管破裂) 5塞棉花？ ①检查装置的气密性 ②长颈漏斗的管口要插入液面下； ③不能用排水法收集 发生装置选择依据：反应物的状态及反应条件 收集装置的选择依据：气体的密度，水溶性，能否与水及空气中成分反应。 固液不需加热型制氧气优点:不需加热更节能，操作简单更安全，能迅速产生氧气。 分液漏斗优点：可以控制反应速率 带有隔板的装置优点;可随时控制反应的开始与结束 排气发;收集的气体更干燥。排水发：收集的气体更纯净 氢气的实验室制法：锌与稀硫酸或者稀盐酸反应，注意氢气密度小于空气，难溶于水。思考其发生装置及收集装置的选择。 常见装置气密性检查？ 一、选择题 1．下列装置中，不能用于实验室制取二氧化碳的是( )
二氧化碳的影响及综合利用 引言 : 近十多年来，在涉及地球环境保护的诸多问题中，最令人 关注的当属大气环境逐渐变暖，即所谓的温室效应。近年来所发生的许多危害，都或多或少被打上了温室效应的烙印，如：严酷的天气类型，变化的生态系统，物种灭绝及生物多样性的丧失，饮用水的减少，海平面上升造成的陆地减少和平均气温上升等。尽管产生全球气候变化的原因是多方面的，但大量研究表明，产生温室效应的主要原因与温室气体（ CHG）的大量排放有直接关系。 当前所谓的温室气体主要有 6 种，除二氧化碳外，还包括甲烷，氧化氮，氢氟烃，全氟碳和六氟化硫。这些气体能大量吸收地球表面辐射的热量，从而使地表温度升高而产生温室效应。而现在摆在人们面前的不仅仅是如何减少二氧化碳的排放量，更应该去思考如何利用这部分温室气体进行工业生产，来为世界创造更多的价值。 一、概述 : 碳循环是碳通过大气圈，生物圈，土壤圈，岩石圈和水圈的变化 和传递的总过程。 碳在生物圈的存在形式主要为有机碳；碳在水圈中的存在形式为溶解的有机碳，溶解的无机碳，沉淀的有机碳，沉淀的无机碳和有机碳；碳在岩石圈中的存在形式为有机碳（包括化石燃料）和碳酸盐；碳在土壤圈的存在形式为有机碳；碳在大气圈中的主要存在形式为二氧化碳和甲烷气体。
现在大气中的二氧化碳的浓度为0。000370%。而近年来，人类每年排入大气的二氧化碳为280*10^8t ，是植被和土壤呼吸及海表交换排入大气的 CO2平均自然流通量（总量约为 5500*10^8t ）的 5%。大气中 CO2总量的变化由排放和吸收量之间的净平均差额决定，而不是 各流量本身。有数据表明：在过去的42 万年中，二氧化碳的含量在过去的 250 年增长了 31%，其中最近几十年更是以指数形式在增长。而化石燃料的使用对CO2排放的贡献占人类活动总排量的70%~90%。 Rising carbon dioxide concentrations in air in the past decades 二、温室效应： 目前，公认的二氧化碳所引起的温室效应对人类生活环境的几大 影响主要包括：一是极端气象和气候现象频繁发生；二是冰川融化， 海平面上升；三是对动植物种群数目和分布产生影响；四是全球气候变暖导致越来越严重的缺水问题；五是全球全球变暖带来的种种后果将使人类健康问题越来越突出。 1.温室效应的起因
废气二氧化碳的综合利用——制造可降解塑料目前全世界每年因工业化生产过程产生并排放的二氧化碳总量超过240亿吨，其中150亿吨被植物吸收，而净增的90亿吨则成为污染环境的主要废气，危及人类生存空间。以二氧化碳为主的温室气体引发的厄尔尼诺、拉尼娜等全球气候异常，以及由此引发的世界粮食减产、沙漠化现象等，已引起世界关注。 鉴于二氧化碳气体对环境的危害，人类一直都在探索科学利用二氧化碳的途径。众所周知，CO2气体不活泼，与其他化合物尤其是有机物很难聚合，极大地限制了CO2的综合利用。如果能够把二氧化碳中的碳、氧元素加以转化，转化成我们所需要的材料，这是科学家一直关注的问题。其中，利用二氧化碳能否制取塑料是科学家比较关注的技术之一。早在1969年，万吨，日本已形成年产3 000吨到4 000吨二氧化碳聚合物的生产能力，韩国正筹建年产3 000吨的生产线。但由于成本居高不下，再加上其塑料性能有待改善，用二氧化碳制造塑料仍处于半试验阶段。 在这个方面，我国科学家于20世纪80年代也展开了研究。中科院广州化学研究所孟跃中课题组采用CO2和环氧丙烷在纳米负载催化剂的作用下进行共聚，在温度为60 ℃，压强为50 MPa的条件下，生产出全降解塑料——聚碳酸酯，使从废气中提取的CO2气体得到综合利用，形成科学合理的产业链。他的研究组攻克的二氧化碳制塑技术，其制取的塑料可以用普通的生产工艺进行生产，经加工后可以变成日常用的饮料瓶、快餐饭盒等，有些性能上还要优于现在通用的塑料。利用此技术生产的降解塑料，不仅利用工业废气二氧化碳制造成对环境友好的可降解塑料，而且避免了传统塑料产品对环境的二次污染。 1
图中：（1）导管刚露出橡皮塞，便于气体导出； ）长颈漏斗末端要插入液面以下（液封）：防止产生的气体从长颈漏斗下端管口逸出；）导管应伸入集气瓶底部，便于排尽空气，使收集的气体更纯。 的检验：将气体通入澄清的石灰水中，如果石灰水变浑浊，则该气体为 2
总结：收集装置的选择依据：密度和在水中的溶解性。 ．． 、常温下，氨气为无色有刺激性恶臭气味的气体，密度比空气小，易溶于水。实验室可用氯化铵固体和
。 。 ）写出标号为①的仪器的名称________ 。 CO2，应选用________ （填序号）作为二氧化碳的发生装置，使用该套装置制取气体的
）第一朵紫色干花喷上水，现象是紫花__________，第二朵紫色干花直接放人盛满二氧化碳的集气瓶现象是紫花____________________，第三朵紫色干花先喷上水再放人盛满二氧化碳的集气瓶中， （1）标号②的仪器名称：________ 。 ）写出上图中标有序号的仪器名称：①_______________； ）实验室制取气体时，组装好仪器后，应先______________________________ ）实验室用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳时，应选用的发生装置是 该反应的化学方程式为______________________________。 ）实验室选择气体发生装置时，应考虑的因素是____________________ 80 g碳酸钙的石灰石与足量的稀盐酸反应，可得到二氧化碳多少克 体积是多少升?（已知：标准状况下CO2的密度为1.977 g/L） 实验室新进一批块状大理石。某化学小组成员称取12.5 g该大理石样品， 的含量。完全反应后，称得固体剩余物的质量为2.5 g。样品中杂质不溶于水且不与稀盐酸反应，请回答 ）该样品中碳酸钙的质量为__________。 12.5 g该样品最多可制得二氧化碳的质量（写出必要的计算过程）。
二氧化碳的制取和性质 学习目标： 1、知识与能力： ★学习实验室制取二氧化碳的方法 ★知道二氧化碳的性质和用途 2、过程与方法： ★通过二氧化碳制取的学习,能设计和完成一些简单的化学实验 ★通过二氧化碳性质的探究过程,学会研究物质性质的基本方法 3、情感态度与价值观： ★提高善于合作、勤于思考、严谨求实、勇于创新和实践的科学精神 教学重点： 二氧化碳的制取和性质 教学难点： 探究二氧化碳和水、石灰水的反应原理。 教学方法：自主、合作、探究、交流 教学用具： 1、仪器：锥形瓶、长颈漏斗、止水夹、集气瓶、火柴、盖玻片、双孔塞及导 管、托盘天平、烧杯、矿泉水瓶、试管。 2、药品及相关物质：大理石（或石灰石）、稀盐酸、紫色石蕊试液、澄清石 灰水、蒸馏水。 教学过程: [导语] 大家好！今天我和大家一起来学习二氧化碳的制取和性质。在学习新知识之前我们先来回顾一下氧气的实验室制法。 实验室制氧气的原料？化学方程式？实验装置？ 好！通过同学们预习课本可以知道实验室制取二氧化碳的原料和化学方程式。【问】大家想想：能不能利用制氧气的装置来制取二氧化碳呢？ 【答】可以。因为都是固体和液体反应，而且不需要加热。 问题一：怎样判断瓶中是否充满了二氧化碳气体？ 【答】：用燃着的木条伸到集气瓶口，若燃着的木条熄灭，则证明收集满。
动手操作实验室制取二氧化碳 实验探究：二氧化碳的物理性质 1、利用下图所提供的仪器或者自己选择有关仪器，设计一个简单实验证明二氧化碳的密度比空气大。 学生经过讨论给出方案：①将烧杯内盛放二氧化碳和空气，放到天平上比较哪个重。②称量烧杯（内有空气）的质量，向烧杯内倒入二氧化碳，观察天平的偏转。 2、检验二氧化碳的水溶性 往盛有二氧化碳的矿泉水瓶中加入少量的蒸馏水，迅速拧紧瓶盖，震荡。观察所发生的现象。 现象：矿泉水瓶变瘪了 结论：二氧化碳＿溶＿ （溶/不溶）于水。 实验探究：二氧化碳的化学性质 1、向二氧化碳的水溶液中滴入2～3滴紫色石蕊试液，震荡。观察所发生的现象。 二氧化碳和水发生反应，生成了碳酸。 碳酸的水溶液能使紫色石蕊试液变成红色。 2、将二氧化碳通入澄清的石灰水中，观察所发生的现象。 石灰水中的溶质为氢氧化钙【Ca （OH ）2】， 二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙和水。 上述反应可用于检验二氧化碳的存在。 交流共享： 根据你所了解的二氧化碳的性质，谈谈二氧化碳有哪些用途？ 3 222==+CO H O H CO 3 222+==+)(CaCO O H CO OH Ca