面向可持续发展的二氧化碳化学

<正>有效利用资源、保护环境、发展绿色化学已成为大势所趋.二氧化碳过度排放是全球变暖、极端天气和荒漠化等全球环境变化的主要诱导因素.将CO₂定向转化为有价值的化学品、能源与材料,也可一定程度上缓解环境问题,并减缓人类对化石能源的依赖.将丰富、价廉、可再生的CO₂"变废为宝、高值化利用",以部分替代化石原料,满足可持续发展需求.当今世界正处于能源供给从过度依赖化石能源向基于太阳燃料转型的过渡时期,利用太阳能以及可再生电能将CO₂还原为生产碳氢燃料,     

二氧化碳化学:碳捕集、活化与资源化

正国际能源署宣称,如不部署碳捕集与封存(CCUS),几乎不可能实现净零排放.据报道, 2050年, CO_2化学利用潜力约为每年3～6亿吨CO_2用于能源载体和燃料;资源化利用总规模为10～42亿吨.对工业CO_2利用途径的生命周期分析表明,CO_2化学利用减排潜力显著.例如,聚碳酸酯多元醇生产过程中,     

CO_2参与构筑C–N,C–C键合成化学品

CO2作为一种储量丰富、廉价易得、环境友好的可再生C1资源,将其转化为高附加值的化学品和能源产品已成为一个具有吸引力的研究领域.本文综述了近年来以CO2为C1组分参与构筑C–N,C–C键,合成高附加值化学品方面的研究进展,重点介绍了CO2参与合成噁唑啉酮、喹唑啉二酮、脲、异氰酸酯、咪唑啉酮、苯并咪唑、芳香酸和芳香醛等化合物的相关反应以及催化反应机理研究,并对该领域的研究前景进行了展望.     

二氧化碳的原位催化氢化反应

二氧化碳(CO2)的吸收和封存技术是规模化减缓CO2排放的手段之一,但其脱附、压缩、运输和储存过程中,不可避免地消耗能量.同时,CO2作为无毒无害、廉价易得的C1资源,可代替传统羰基化试剂合成高附加值的化工产品.因此,CO2"变废为宝,高值化利用"的研究,特别是将CO2还原为甲酸、甲醇等能源类产品,具有重要科学意义及应用价值.着眼于CO2吸收和资源化利用相结合的策略,将CO2的吸收产物进行原位催化反应,既可绕过脱附、压缩环节;又可消除高压反应的不足、减少设备投入及节能降耗;同时,吸收过程中CO2分子得到活化,有利于后续化学转化反应在低压温和条件下进行.催化氢化反应在多种CO2资源化利用途径中具有重要意义和应用前景,将CO2的吸收产物进行原位催化氢化反应能够成功获得甲酸、甲醇等重要的能源产品.本文概括介绍了CO2的捕集方法及其化学转化为衍生物的路径,总结了CO2氢化反应的催化体系和作用机制,在此基础上,重点讨论了CO2的原位催化氢化反应机理和最新进展.     

氯化镁矿化利用低浓度烟气CO_2联产碳酸镁

CO2矿化利用是一种新的CO2减排方式,主要原理是利用天然矿物或工业废料与CO2反应,将CO2矿化为碳酸钙或碳酸镁等固体碳酸盐,同时联产高附加值的化工产品.本文提出采用低能耗的电解工艺利用氯化镁溶液矿化利用低浓度烟气CO2的新方法,该方法将氯化镁转化为活性较高的氢氧化镁,与不同浓度的CO2反应从而矿化CO2.该方法可以直接矿化浓度仅为20%的低浓度CO2,这使得直接矿化利用工业烟气CO2成为可能,避免了较高能耗的CO2捕捉提纯过程.另外,该方法可在较低的能耗下减排大量CO2,同时获取高附加值的碱式碳酸镁或三水合碳酸镁.由于氯化镁自然储量非常丰富,氯化镁矿化利用CO2具有大规模减排的潜力.     

探寻我国碳汇分布:从大气CO2探测入手

二氧化碳(CO2)是地球大气的重要组成部分,体积组分约占大气的0.04％.大气中的CO2会产生较强的温室效应,含量过高将导致地表温度升高.自工业革命以来,人类对化石燃料的消耗,导致CO2等温室气体被大量释放,超过了大自然的调节能力,导致残留在大气中的CO2含量急剧上升,是造成全球升温的主要原因.目前,中国是世界上最大的...     

利用MOPITT卫星资料计算CO源排放的新方法

利用MOPITT卫星资料和MOZART模式, 提出一种新的计算CO源排放的方法. 大气中CO浓度的变化由排放、传输、化学转化及沉降等物理化学过程决定, 这些过程的相互关系可从CO的收支平衡方程分析得到. 利用Horowitz源排放清单和MOZART模式模拟这些物理化学过程, 分析各个格点上CO浓度与各物理化学过程的相互关系, 利用这个变化关系, 结合2004年MOPITT观测的月平均CO浓度, 即可建立2004年各月CO的收支平衡方程, 计算出2004年各月各格点上CO的排放量. 该方法直接明了, 易于更新, 可以得到特定时间分辨率的源排放, 因此更接近实际源排放的情况. 利用该方法得到的CO新排放分布特征与Horowitz源排放大体一致, 但强度明显大于后者, 约为后者的1～2倍, 新源更能代表21世纪初CO源的月排放情况, 在人类活动影响较大的东亚和美国东部地区, Horowitz源显著低估了实际的CO源排放.     

人工光合作用有希望成功

这是化学面临的最伟大的挑战——发明一组可以把水和阳光全部有效地转化成廉价清洁的能源的系统。当我们看到一棵沐浴在阳光里的植物时,羡慕之情不觉油然而生。它们生长在那里,日复一日地从阳光里汲取大量的养分;而排出的,除了我们呼吸所需的氧气之外,别无其他讨厌的东西。相比较而言,人类对燃料生产的开发则以破坏为代价,十分混乱。对全球来说,我们从地下开采煤、     

第三代生物炼制的挑战与机遇

化学品和燃料的可持续生产以及缓解温室效应是目前人类面临的两大挑战.传统生物炼制技术可进行石化产品的替代生产,且绿色低碳;然而有些人类活动不可避免地产生碳排放,为了实现碳中和目标,迫切需要发展负排放技术以抵消这些排放.近年来,可直接将二氧化碳转化为燃料和化学品的第三代生物炼制技术为我们塑造低碳经济、实现碳中和提供了一个良好的解决方案.本文首先介绍固定二氧化碳的不同天然途径,随后概述可用于基于合成生物学理念设计的不同人工固碳途径;接着,讨论固碳途径能量的来源,特别强调非生物过程辅助的新型能量供给方式;随后,列举第三代生物炼制的生产实例,并讨论其在工业应用过程中值得注意的问题;最后,展望第三代生物炼制的主要优势和面临的挑战,并对未来的研究方向进行讨论.     

新“光合作用”将二氧化碳变为甲烷

正长期以来,研究人员一直试图模拟光合作用,利用太阳的能量产生化学燃料。现在,一支研究团队比以往任何时候都更接近这个目标——他们开发了一种新的铜和铁基催化剂,可利用光将二氧化碳转化为天然气的主要成分甲烷。如果经过进一步改进,新的催化剂将有助于减少人们对化石燃料的依赖。这项新研究是"令人兴奋的进步"。未参与该项研究的加拿大多伦多大学化学家、太阳能燃料专家Edward Sargent说:"产生甲烷的好处在于储存、分配和利用这种燃料的基础设施已经广泛存在。"     

疏水调控促进CO加氢正向移动

<正>CO加氢又被称为费托合成(Fischer-Tropsch synthesis,FTS),由德国的两位科学家Fischer和Tropsch于1923年发现并提出. FTS作为一个典型的多相催化反应,指在特定的催化剂存在条件下,将合成气(CO+H₂)在高温高压下转换成一系列高附加值的化学品^[1,2].低碳烯烃作为许多化学品的合成原料,是当今世界化学工业的基本支柱.传统的制备低碳烯烃的方法是由大分子量的烃类或由石油裂解得到.     

中国5省份农村室内空气PM_(1.0)和CO污染特征

室内空气污染对人体健康威胁逐渐加重,而我国农居室内空气中颗粒物和CO对农户危害较为突出,目前该领域全面和深入的研究鲜有报道.2009年7月~2011年1月,调研了湖北、河北、辽宁、贵州和广东等5个省份共74户农村家庭,其中实时监测了58户家庭在不同燃料(生物质、蜂窝煤、液化气和沼气)和炉灶类型(开放式柴灶、传统灶、节柴灶)下,其室内PM1.0,CO,CO2和风速、温度等浓度和数据.通过分析数据发现,农户在炊事期间,燃料点火开始其室内PM1.0和CO浓度迅速升高,熄火后浓度缓慢下降;不同燃料、炉灶类型及其他环境因素都会对污染物浓度产生较大影响;在不同燃料类型下,农户室内PM1.0和CO之间的相关关系不同,且相关关系随二者浓度降低而减弱.     

一氧化氮与亚稳态一氧化碳分子的传能反应

激发态分子和自由基的反应是大气化学、化学激光、燃烧化学中重要的过程,有关亚稳态分子的传能反应一直受到人们的极大重视.Setser在流动体系中,对CO(a)与NO分子的反应进行了初步研究,求得了产物的形成速率,Ottinger在束气条件下,利用CO~+束源与NO作用,认为CO~+与NO首先发生共振激发传能产生CO(a)再进一步与NO反应,但事实上他并没有观察到CO(a)的发射.本工作在分子束条件下,利用束放电方法产生高浓度的亚稳态CO(a)分子束并与NO反应,得到了振转分辨的NO(A)化学发光光谱,并结合相空间理论进行了讨论.     

含铁酶催化脂肪酸脱羧制备脂肪烃的微观机理研究进展

能源消耗的增加、化石资源的减少和环境问题对再生能源的研发提出了严峻挑战.近年来,烷/烯烃的生物合成是该领域的研究热点之一.因为脂肪烃类不仅是高值化学品,而且是理想的可再生燃料.人们已相继发现了一些能催化烃类合成的蛋白酶,它们可以催化脂肪酸及其衍生物脱羧生成相应的烷/烯烃,为探索化石燃料的可再生替代品提供了思路.这些蛋白...     

合成气转化中的接力催化

合成气(CO和H2混合气)作为十分重要的C1化学平台分子,将其高选择性地转化为碳氢化合物特定目标产物是C1化学核心.在经典费托合成过程中,C-C键的生长服从聚合机理,目标产物选择性低.近年来研究者通过设计金属(氧化物)和分子筛构筑的双功能或多功能催化剂,利用接力催化策略对不同反应进行耦合,成功实现了合成气高选择性制液体...     

不对称合成技术

不对称合成技术姜标（中国科学院上海有机化学研究所）当前国际化学工业的重点已开始从大品种的化学产品和高聚物逐渐向生产中小型的高精化学产品转移。后者包括医药、农用化学品、香精和特殊化学中间体。这些化学品往往具有复杂的化学结构和手性中心。手性是宇宙间普遍的...     

用水藻制造燃料

一家在美国加利福尼亚州南旧金山新办的企业--Solazyme,已经开发出了一种利用水藻将生物质转化成燃料的技术,可以制造出价格更便宜的生物质燃料,该公司最近展示了其生产的一种在柴油汽车中使用的水藻燃料.今年1月,Solazyme宣布与雪佛龙公司签订了一项开发和检验这种水藻燃料的协议.     

CO2加氢耦合芳胺和硝基芳烃N-烷基化催化剂研究进展

N-烷基芳胺用途广泛,是石油化工、橡胶产业、染料制备、药物研发和精细化学品合成等领域的重要中间体.传统的N-烷基芳胺合成往往存在原料价格较高、反应设备腐蚀和易于造成环境污染等问题.近年来,以储量丰富的温室气体CO2作为C1资源,将CO2加氢与芳胺或硝基芳烃N-烷基化耦合制备N-烷基芳胺的催化剂研究取得显著进展.本文综述...     

地球自然钾长石矿化CO2联产可溶性钾盐

CO2捕捉封存是减少CO2排放,缓解温室效应重要的方法.然而,受能耗、安全以及经济因素影响,CCS技术的推广受到限制.新提出的基于矿化的CO2捕捉利用方法(CCU)是利用自然矿石与CO2反应,将CO2矿化为稳定的固体碳酸盐,同时提取高附加值的化工产物.利用自然界丰富的天然钾长石作为矿化原料,不仅可以减排大量二氧化碳,同时还可以获得稀缺的可溶性钾盐以降低CO2减排成本.实验结果表明,将钾长石与固体废料六水合氯化钙作为助剂,经800℃活化后,可在较为温和的条件与CO2反应,将其矿化为稳定固体碳酸钙,同时提取出钾长石中的钾离子,钾长石在该过程中的转化率高达84.5%.通过在氯化钙溶液中添加三乙醇胺(TEA)可实现在250℃的低温下活化转化钾长石,矿化CO2,同时提取出钾长石中的钾离子.低温下钾长石的转化率最高可达40.1%.利用地球自然钾长石矿化CO2联产可溶性钾盐的CCU新方法,具有工业可行性,是人类减排CO2,缓解温室效应的新途径.     

三核铁羰基簇Fe_3(CO)_8S_2CNC_6H_5的合成和晶体结构

金属簇化学是当前十分活跃的研究领域.从应用前景看可开发出具有特殊功效的新型均相催化剂.有机铁簇合物以价格低廉、资源丰富为优势,在金属簇化学中的研究尤为突出.Fe_3(CO)_(12)在羰基铁簇的合成中是一个非常有用的化合物,与Fe(CO)_5相比,配位活性更高.与许多有机硫化物(如(?)S,R’SR等)反应所得的主产物都是羰基铁的硫化物Fe_3(CO)_9S_2,