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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/T6052-20112、焊接用二氧化碳 HGT2537-19933、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。
化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2021年第40卷第2期CO 2高值化利用新途径：铁基催化剂CO 2加氢制烯烃研究进展张超1，张玉龙1，朱明辉1，孟博2，涂维峰2，韩一帆1，2（1化学工程联合国家重点实验室，华东理工大学，上海200237；2先进功能材料制造教育部工程中心，郑州大学，河南郑州450001）摘要：大气中CO 2浓度逐年升高，而其高值化利用是实现减排的重要途径之一。
低碳烯烃是重要的化工原料，CO 2作为碳源加氢制取烯烃（CTO ）是缓解化石能源的消耗及温室效应的有效方法之一。
铁基催化剂因其优异的催化反应性能，被视为该反应最具应用前景的催化剂之一；但铁基催化剂烯烃选择性仍有待进一步提高。
本文综述了铁基催化剂CTO 反应研究进展，包括反应热力学分析、理论模型、催化剂设计与开发（助剂和载体对催化剂结构及性能的影响）、反应机理、构-效关系、失活机理等；提出未来催化研究方向，即借助Operando 技术聚焦反应过程中催化剂活性相的动态结构变化规律，探究外界因素引起的催化材料表界面的作用机制，为工业催化剂的理性设计提供思路。
关键词：二氧化碳；加氢；催化剂；选择性；失活；稳定性中图分类号：TQ032.4文献标志码：A文章编号：1000-6613（2021）02-0577-17New pathway for CO 2high-valued utilization:Fe-based catalysts forCO 2hydrogenation to low olefinsZHANG Chao 1，ZHANG Yulong 1，ZHU Minghui 1，MENG Bo 2，TU Weifeng 2，HAN Yifan 1，2(1State Key Laboratory of Chemical Engineering,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China;2Engineering Research Center of Advanced Functional Material Manufacturing of Ministry of Education,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou 450001,Henan,China)Abstract:The concentration of CO 2in the atmosphere is increasing year by year,and high value utilization of CO 2is an important path to reduce the carbon emissions.Low-carbon olefins are important chemical raw materials,and CO 2as a carbon source hydrogenation to olefins (CTO)is one of the most promising CO 2utilization technologies that can potentially mitigate the global greenhouse gas emission and reduce the dependence of chemical production on fossil fuels.The Fe-based catalysts are recognized as a promising candidate in CTO due to their low cost and excellent performance.However,the selectivity to lower olefins and the activity of the Fe-based catalysts currently haven ’t met the industrial requirements,and the mechanism of CTO reaction remains unclear.This article reviews the research progress of the iron-based catalysts for CTO reaction,including the reaction thermodynamic analysis,theoretical model,catalyst design and development (the influence of additives and supports on thestructure and performance of catalysts),reaction mechanism,structure-activity relationship,and特约评述DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.32020-1403收稿日期：2020-07-20；修改稿日期：2020-10-28。
轻质烷烃转化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述轻质烷烃是指碳链长度较短的烷烃化合物，主要包括甲烷、乙烷、丙烷等。
这些化合物在石油和天然气中占据重要地位，是石化工业的重要原料。
随着现代工业的发展，对能源资源的需求日益增长，轻质烷烃的转化成为一个研究热点。
本文将重点讨论轻质烷烃转化的相关问题，包括其定义与特性、转化的重要性、以及转化的方法与技术。
通过对这些内容的探讨，有助于深入了解轻质烷烃转化的机理和应用，推动相关领域的科研与技术发展。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将首先介绍轻质烷烃的定义与特性，包括其组成、性质以及在工业生产中的重要性。
随后，将详细探讨轻质烷烃转化的重要性，即将其转化为更有附加值的化合物的必要性和潜在好处。
接着，将深入讨论各种轻质烷烃转化的方法与技术，介绍常见的催化剂、反应条件和产物选择等方面的内容。
最后，结合前文对轻质烷烃转化的介绍，对未来可能的研究方向和发展趋势进行展望，并提出一些可能的建议和新的研究领域。
通过本文的阐述，读者将对轻质烷烃的转化有一个全面的了解，并对未来的相关研究方向有所启发。
1.3 目的本文旨在探讨轻质烷烃转化的相关内容，从定义与特性、重要性到方法与技术进行系统性的介绍和分析。
通过深入研究，希望能够深化对轻质烷烃转化的认识，为相关领域的科研工作者提供参考和借鉴，推动该领域的发展与进步。
同时，也旨在引起更多人对燃料资源高效利用和环境保护的关注，促进可持续发展的理念在石化行业的应用和推广。
通过本文的撰写，希望能够为人们提供更多关于轻质烷烃转化的知识，促进相关技术的研究与应用，为推动我国石化产业的健康发展贡献一份力量。
2.正文2.1 轻质烷烃的定义与特性轻质烷烃是指碳原子数较少、分子中只含有碳氢键而没有其他功能团的烃类化合物，通常包括乙烷、丙烷、丁烷等。
它们是石油和天然气中最简单的烃类化合物，具有以下特性：1. 低密度：轻质烷烃的密度较低，通常在0.6~0.8 g/cm3之间，这使得它们在常温下为气态，易于储存和运输。
二氧化碳催化转化的研究和应用随着全球绿色可持续发展的重要性越来越受到人们的重视，人们对于减少有害气体的排放以及转化废弃物为有用物质的方法越来越需要。
而二氧化碳的排放和利用一直是一个备受关注的话题。
二氧化碳的排放与全球气候变化息息相关，而将二氧化碳转化为有用物质，则可以减少有害气体的排放，同时也可以创造出更多的价值。
因此，二氧化碳催化转化成为了一个备受研究的领域。
一、二氧化碳的催化转化原理二氧化碳加氢成为一些有价值的化合物，如甲烷、甲醛、甲酸等。
这种催化转化需要一个催化剂，能够将CO2中的羰基还原成烷基，催化还原反应。
目前常见的二氧化碳加氢法催化剂包括金属催化剂、非金属催化剂和生物催化剂。
其中金属催化剂常用的是铜、铁和镍等金属。
非金属催化剂常用的有氮化硼、二硫化钼、三氧化钼等。
生物催化剂主要用于二氧化碳的还原过程。
这些催化剂能够使得二氧化碳更加稳定，同时也能够加速反应的速度。
二、二氧化碳催化转化的应用1. 化工领域在化工基础领域，二氧化碳催化转化可以将二氧化碳转化为有用物质，尤其是有机物质。
这些有机物质可以应用于许多工业方面。
例如，制造汽车零件和消费品、用于媒介和助剂的生产等。
2. 能源领域将二氧化碳催化转化成为有用的烃类或氢化物质，可以制造一种称为借贷烃的化合物。
据科学家称，该化合物可以用作飞行器的燃料，并且在不影响人类健康的情况下，有助于减少空气污染。
3. 建筑领域二氧化碳催化转化也可以应用于建筑领域。
在建筑作为保暖材料的墙壁中，可以加入由二氧化碳制成的材料。
这些材料具有很好的保温性能，并且是环境友好型的。
4. 农业领域将二氧化碳转化为无机盐可以用作植物的肥料。
这种类型的施肥方式被称为气体施肥，已经在许多农作物的生产中得到了应用。
气体施肥可以提高农作物的生长和品质，同时也可以降低农作物的灰尘。
三、二氧化碳催化转化技术的前景二氧化碳催化转化技术已经在许多领域得到了成功的应用，并且在未来将会有更多的应用。
能源环保与安全低碳烯烃（Ｃ２￣Ｃ４烯烃）是重要的化工原料，可以用来生成聚乙烯、聚丙烯或者乙二醇等众多有机化合物，是衡量一个国家化工行业发展水平的重要指标。
目前，低碳烯烃大部分来源于传统石油的蒸汽裂解，但是石油短期内不可再生性使得低碳烯烃的生产迟早面临严峻的挑战。
因此，合成气（ＣＯ＋Ｈ２）间接或直接的制备低碳烯烃受到了极大的关注。
合成气制备低碳烯烃主要有以下３种工艺路线：（１）合成气经由甲醇裂解或二甲醚制取低碳烯烃；（２）合成气经由氧化物、分子筛双功能催化剂制备低碳烯烃；（３）合成气经由费托合成过程（ＦＴＳ）直接制备低碳烯烃（ＦＴＯ）。
路线（１）是间接制备低碳烯烃，间接法制备低碳烯烃选择性较高且工业应用已日趋成熟，但分步反应需要的反应器、催化剂及能耗较多，路线（２）反应需分两步，两步反应需要的温度不同，升高温度虽能提高Ｃ—Ｃ耦合过程效率但会导致ＣＯ活化效率降低，合成气通过费托反应直接制取低碳烯烃符合绿色化学的低碳烯烃制备方法，具有更大的经济效益，因此由合成气经由费托合成过程直接制备低碳烯烃一直备受关注。
费托合成的原料只有ＣＯ还Ｈ２，但其反应产物却极为复杂，除了烃类化合物之外，还有Ｈ２Ｏ、ＣＯ２以及醇醛酮类等。
费托合成反应的机理虽已研究多年，但尚未完全阐明，其中碳化机理是被国内外学者普遍接受的。
一、无载体催化剂１．铁催化剂铁是地壳含量第二高的金属元素，是一类重要的金属催化剂材料，在化工以及各个领域有着广泛的应用，可以作为二氧化碳加氢合成低碳烯烃的催化剂。
发现用无载体铁催化剂作为二氧化碳加氢制低碳烯烃反应的催化剂时，在铁催化剂中加入碱金属在很大程度上提高了二氧化碳的转化率，这是因为二氧化碳在碱性环境下更易转化为低碳烯烃。
在催化剂制备过程中，碱金属的添加对二氧化碳转化率及烯烃的选择性有显著影响，并影响催化剂的催化性能，但是当钾含量过高时，催化剂活性降低，在此基础上添加适量的硼可在ＣＯ２转化率下降不大的同时进一步提高烯烃的选择性。
CO2转化技术的研究现状与发展趋势随着环境问题的不断加剧，CO2转化技术越来越被人们所关注。
CO2是一种重要的温室气体，其排放量不仅对人类健康及生态系统造成威胁，更是导致气候变化的主要原因之一。
因此，CO2转化技术的研究已成为减缓全球气候变化的重要手段之一。
一、CO2转化技术现状CO2转化技术目前已得到广泛的研究和应用，包括光催化、电化学、生物酶催化等多种技术手段。
1.光催化技术光催化技术是利用光能来激发固体表面的电子，从而促进CO2的转化为有用的化学品。
常见的催化剂包括TiO2、ZnO、CdS等半导体材料。
目前该技术已被应用于CO2的光解、光还原和光化学反应等方面。
光催化技术需要大量的光能来提供电子，因此其能效较低。
同时，催化剂的光吸收剖面也会限制该技术的转化效率和选择性。
2.电化学技术电化学技术是利用外部电势来促进CO2转化的过程。
该技术包括电解制氢、电化学合成烃类、电化学还原CO2等多个领域。
其中，利用电化学合成烃类是最有前景的CO2电化学转化技术之一。
当前，电化学技术的效率和选择性已有了很大提升，并且使用现代催化剂也能使CO2转化产物的选择性增加。
但电化学技术需要大量的电能来推动CO2的转化，因此需要更高效的电化学系统，同时还面临着催化剂寿命短、成本高等问题。
3.生物酶催化技术生物酶催化技术是利用酶催化反应来促进CO2的转化。
该技术不需要高温高压条件，具有反应温和、选择性高等优点。
此外，生物酶催化技术还能模拟生物体内的代谢过程，实现对CO2的高效转化。
例如，有机酸类催化剂和铁谷氨酸等天然酶都可以用于CO2转化。
不过，当前的生物酶催化技术还面临着反应速率慢、催化机制不明确等问题。
因此需要进一步优化反应条件和生物酶催化剂的设计，从而提高该技术的效率和可实施性。
二、CO2转化技术发展趋势CO2转化技术正在不断发展，在未来还有很大的应用前景。
以下是CO2转化技术的发展趋势：1.提高CO2转化技术的效率和可控性提高CO2转化技术的效率和可控性是未来研究的关键方向。
非贵金属材料表面ORR和CO2RR应用的研究摘要：非贵金属材料表面的氧还原反应（ORR）和二氧化碳还原反应（CO2RR）应用是当前能源领域研究的热点之一。
本文综述了非贵金属材料表面的ORR和CO2RR的应用研究进展。
首先，介绍了ORR和CO2RR的基本原理和机理，然后详细阐述了不同类型的非贵金属材料在ORR和CO2RR 中的应用特点，并对其优缺点进行了分析和比较。
最后，本文讨论了未来非贵金属材料在ORR和CO2RR研究中的发展趋势和挑战，并在这方面的研究方向上提出了建议。
关键词：非贵金属材料；氧还原反应；二氧化碳还原反应；应用研究正文：引言在当今世界面临能源危机和环境问题的情况下，研究清洁、高效、可持续的能源技术已成为各国科技界普遍关注的焦点。
传统化石燃料的使用不仅导致大量的温室气体排放，而且资源也日趋枯竭。
因此，寻找一种清洁、高效的能源技术已成为我们所面临的一个重大问题。
利用氢气和电能的结合，即电化学合成氢气技术，已经被认为是一种可行的技术路线。
而氢气的产生离不开氧还原反应（ORR）和二氧化碳还原反应（CO2RR）。
ORR是电化学合成氢气技术中的一个关键过程，它是将氧气还原成水的反应。
ORR的反应速率、效率和稳定性是影响电化学合成氢气技术性能的主要因素之一。
很多贵金属材料已被证明在ORR中具有良好的活性和稳定性，比如铂、钴等。
但由于这些材料的成本较高难以大规模使用，因此人们将目光转向了非贵金属材料。
非贵金属材料是指那些金属价格低廉，具有良好电催化性能的材料。
目前，以碳、氮、硫等元素为基础的非贵金属材料已经被广泛应用于ORR中。
另一方面，CO2RR是电化学合成甲烷、乙烯等烃类化合物的关键反应之一。
CO2RR不仅可以为化学品工业提供可再生的原料，而且还可以促进大气中二氧化碳的减排。
贵金属材料如银、金等在CO2RR中表现出了很好的催化性能，但同样存在成本较高、稳定性较差的问题。
研究表明，非贵金属材料具有良好的CO2RR催化活性和稳定性，比如碳基材料、硼氮合金等。
高中化学催化剂作用机理的研究在高中化学的学习中，催化剂是一个十分重要的概念。
它就像是化学反应中的“魔法助手”，能够神奇地改变反应的速率，却在反应结束时自身的质量和化学性质不变。
那么，催化剂到底是如何发挥这种神奇作用的呢？这背后隐藏着怎样的机理呢？让我们一起来深入探究一下。
催化剂之所以能够加速化学反应，主要是通过降低反应的活化能来实现的。
活化能就像是化学反应中的一道“门槛”，只有反应物具有足够的能量，跨越了这道门槛，反应才能顺利进行。
而催化剂的作用，就是巧妙地降低了这道门槛的高度，使得更多的反应物分子能够拥有足够的能量来发生反应。
为了更形象地理解这一点，我们可以想象一个场景：有一堆货物需要搬到一个高台上，直接把货物搬上去需要很大的力气（对应高的活化能），但是如果在高台旁边放置一个斜坡（催化剂），那么搬运货物就会变得轻松许多，更多的人能够完成这个任务（更多的反应物分子能够发生反应）。
催化剂降低活化能的方式有多种。
一种常见的方式是通过提供一个新的反应途径来实现。
比如，在某些反应中，催化剂能够与反应物形成中间产物，这个中间产物具有更低的活化能，从而使得反应能够更快速地进行。
以过氧化氢的分解为例，在没有催化剂的情况下，过氧化氢分解的反应比较缓慢。
但是当加入二氧化锰作为催化剂时，情况就大不一样了。
二氧化锰先与过氧化氢反应生成锰离子和过氧羟基离子，然后过氧羟基离子再分解生成氧气和水。
这个新的反应途径所需要的活化能比直接分解过氧化氢要低得多，因此反应速率大大加快。
另一种方式是催化剂通过改变反应物的吸附和解吸过程来影响反应速率。
在一些多相催化反应中，催化剂表面的活性位点能够吸附反应物分子，使其在表面上的浓度增加，从而增加了反应物分子之间相互碰撞和发生反应的机会。
同时，催化剂还能够促进反应产物的解吸，防止产物在表面上的积累，从而保持催化剂的活性。
例如，在合成氨的反应中，铁催化剂表面能够吸附氮气和氢气分子。
氮气分子在催化剂表面发生解离吸附，形成氮原子，然后氮原子与吸附的氢原子结合生成氨分子。
