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科學(xué)家開發(fā)新型催化劑 可以促進二氧化碳廢氣轉(zhuǎn)化為有用工業(yè)材料
發(fā)布日期：2020.06.18
來自新南威爾士州悉尼的化學(xué)工程師開發(fā)了一項新技術(shù)，可以將排放的有害二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)版“樂高”，從而制造出有用的工業(yè)產(chǎn)品，如燃料和塑料。
如果在工業(yè)環(huán)境中得到驗證并被大規(guī)模采用，這個過程將給世界在向綠色經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的過程中帶來喘息的空間。
根據(jù)6月10日發(fā)表在《先進能源材料》上的一篇論文中，新南威爾士大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院的Rahman Daiyan博士和Emma Lovell博士詳細介紹了一種制造納米顆粒的方法，這種納米顆?？梢源龠M二氧化碳廢氣轉(zhuǎn)化為有用的工業(yè)材料。
圖片來源：Advanced Energy Materials
明火
研究人員在由Scientia教授Rose Amal領(lǐng)導(dǎo)的粒子與催化研究實驗室中進行了研究，結(jié)果表明，通過使用稱為火焰噴霧熱解（FSP）的技術(shù)在非常高的溫度下制備氧化鋅，他們可以創(chuàng)建納米粒子作為催化劑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為“合成氣”——氫氣和一氧化碳，用于制造工業(yè)產(chǎn)品。研究人員說，這種方法比當今可用的方法更便宜，更適合擴展到重工業(yè)的需求。
Lovell博士說:“我們使用在2000度高溫下燃燒的明火來制造氧化鋅納米顆粒，這些納米顆?？梢岳秒娔軐⒍趸嫁D(zhuǎn)化為合成氣。”
合成氣通常被認為是化學(xué)上的樂高，因為氫和二氧化碳這兩種原料可以以不同的比例用于制造合成柴油、甲醇、酒精或塑料等重要的工業(yè)前體。
“所以本質(zhì)上我們所做的就是將二氧化碳轉(zhuǎn)化為這些可以用來制造所有這些重要工業(yè)化學(xué)品的前體。”
關(guān)閉循環(huán)
Daiyan博士說，在工業(yè)環(huán)境中，可以使用含有FSP生產(chǎn)的氧化鋅顆粒的電解槽將廢棄的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有用的合成氣。
“比如，發(fā)電廠或水泥廠的二氧化碳廢氣，可以通過這個電解槽，在電解槽內(nèi)部，我們有以電極形式噴射的氧化鋅材料。當我們把二氧化碳廢物放進去時，它會被電處理，然后從出口以一氧化碳和氫氣混合的合成氣的形式釋放出來。”他說。
研究人員表示，實際上，他們正在關(guān)閉產(chǎn)生有害溫室氣體的工業(yè)過程中的碳循環(huán)。通過對FSP技術(shù)燃燒納米顆粒的方式進行微調(diào)，可以確定由二氧化碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的合成氣樂高的最終混合。
Daiyan博士說:“目前，我們用天然氣來生產(chǎn)合成氣，也就是用化石燃料。”“但我們能利用廢棄的二氧化碳了，將其轉(zhuǎn)化為合成氣，其比例取決于你想在哪個行業(yè)使用它。”
例如，一氧化碳和氫氣的比例是1:1，這使得合成氣可以用作燃料。Daiyan博士還說，四份一氧化碳和一份氫氣的比例適合制造塑料。
廉價且易獲得
在選擇氧化鋅作為催化劑的過程中，研究人員確保了他們的解決方案相對于之前在這一領(lǐng)域的嘗試，仍然是一個更便宜的選擇。
Daiyan博士說:“過去的嘗試使用了昂貴的材料，如鈀，但這是首次在澳大利亞當?shù)亻_采的非常便宜和豐富的材料成功應(yīng)用于廢物二氧化碳轉(zhuǎn)化問題。”
Lovell博士補充說，這種方法的吸引力還在于使用FSP火焰系統(tǒng)來創(chuàng)建和控制這些有價值的材料。
她說:“這意味著它可以用于工業(yè)，可以規(guī)模化，而且制作材料的速度非常快，非常有效。”
“我們不需要擔(dān)心復(fù)雜的合成技術(shù)，這些技術(shù)使用非常昂貴的金屬和前驅(qū)劑——我們可以在10分鐘內(nèi)將其燃燒，讓這些顆粒準備好。通過控制燃燒方式，我們就能控制所需的合成氣原料的比例。”
規(guī)?；?/span>
雖然已經(jīng)建造了一個用含有二氧化碳廢氣進行測試的電解槽，但將這項技術(shù)擴大到可以轉(zhuǎn)化發(fā)電廠排放的所有二氧化碳廢氣的程度仍是一項艱巨的任務(wù)。
“我們的想法是，我們可以尋找一個二氧化碳來源試點,如燃煤發(fā)電廠,天然氣發(fā)電廠,甚至一個天然氣礦，釋放大量的純二氧化碳，借助這些工廠我們可以改進這項技術(shù)。然后你可以捕獲產(chǎn)生的二氧化碳，并將其轉(zhuǎn)化為對工業(yè)有巨大價值的東西。”Lovell博士說。
研究小組的下一個項目將是在煙道氣環(huán)境中測試他們的納米材料，以確保它們能夠耐受惡劣的環(huán)境和工業(yè)廢氣中發(fā)現(xiàn)的其它化學(xué)物質(zhì)。
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