CO_(2)捕集、利用和封存在能源行业的应用:全球案例分析和启示

为了实现中国21世纪中叶达到碳中和,大规模应用CO_(2)捕获、利用和封存(CCUS)技术可以减少能源行业的温室气体排放。通过对国内外CCUS技术、项目的调研,得出了关于未来CCUS部署的3个见解,这些见解有助于能源行业实现转型。首先,碳源浓度较低导致碳捕集效率低,从而导致碳捕集的经济成本较高的问题是目前CCUS项目无法商业化的主要因素,在发展当前的碳捕集技术,提高捕集效率和降低捕集成本的同时也应大力研究空气捕集技术,尤其是在工艺设计和新型吸附材料研发方面,争取实现弯道超车;其次,CO_(2)在油气藏和咸水层的封存与利用应当作为CCUS技术研究的重点,逐步实现大规模推广,并在技术升级和体系完善的基础上推广CO_(2)增强地热、煤层气等其他耦合技术;最后,应当在当前国际上较成熟的碳政策的基础上研究适合中国的激励政策,建立有效的法律法规。论文总结了当前CCUS的关键挑战,并为未来的CCUS研究方向提供了指导方向。

多孔液体在CO_(2)捕集与利用领域的研究进展

为助力中国早日实现“双碳”目标,深入落实化工领域绿色低碳可持续发展的重要举措,吸附/吸收耦合有望成为气体分离的绿色变革性分离技术,其关键是高性能吸附(收)材料的开发。多孔液体作为一类具有永久孔隙的液体材料,兼具了液体吸收剂的易于管道输送、传质传热效果好等优点和固体吸附剂的高比表面积、高孔隙率等优点,有望成为新一代CO_(2)捕集的绿色变革性介质。该文首先简单介绍了多孔液体发展历程;然后,重点对多孔液体在CO_(2)的吸附/吸收、膜分离、催化转化等领域的应用进行了论述,并对多孔液体性能和优缺点进行了分析归纳。最后,对多孔液体目前面临的挑战和未来发展趋势进行了展望。

利用光驱动的生物杂合系统实现CO_(2)转化生产化学品

太阳能作为清洁能源之一,为缓解化石燃料枯竭和温室气体排放等问题提供了一种高效、经济、可持续的解决方案.自然界中的植物和光合微生物通过自身的光合系统收集并转化太阳能,从而生产生物燃料和生物化学品.然而,由于自然光合系统存在光吸收范围相对较窄、光生电子在传输过程中易损耗等问题,限制了太阳能到化学品的转化效率.为了解决上述难题,科研人员模仿自然光合作用中的关键部分,探索构建人工光合系统,相关研究引起了广泛关注.本文通过将碲化镉量子点(CdTe QDs)与大肠杆菌(E.coli)相耦合,构建了一种光驱动无机-生物杂合系统(IBPHS),用于捕获太阳能并驱动CO_(2)转化合成高价值化学品.该系统主要由光催化模块和生物催化模块组成.在光催化模块中,通过生物合成CdTe QDs进行光能捕获,并将其转化为电子.通过敲除E.coli的Cd2+外排蛋白(ZNTA)编码基因,实现了E.coli胞内Cd2+过量积累.通过“时空耦合”方式,并借助共聚焦显微镜、高分辨率透射电镜和X射线能谱分析,确认了CdTe QDs在E.coli胞内的组装合成.利用紫外-可见分光光度计研究了光催化模块对光子的吸收能力.结果表明,光催化模块的吸收峰位于400-420 nm.利用瞬时光电流,评估了光催化模块的光生电子能力.实验发现,该模块可以产生0.07μA光电流,表明完成了光催化模块的构建.在生物催化模块中,将光催化模块产生的电子用于还原NAD+再生NADH.采用NADH生物传感器,分析了E.coli胞内NADH含量,结果表明,在蓝光照射下E.coli胞内NADH含量比黑暗条件下提高了5.1倍.在此基础上,通过表达NADH依赖型乳酸脱氢酶(LDH)将丙酮酸还原为乳酸,在蓝光光照下乳酸积累量达到了0.44 g/L,而黑暗条件下无乳酸积累,从而验证了生物催化模块的有效性.基于光催化模块和生物催化模块,进一步组装构建了IBPSH,用于驱动CO_(2)还原合成甲酸和丙酮酸.在蓝光照射下,IBPHS能够合成0.65 g/L甲酸和0.18 g/L丙酮酸,其CO_(2)利用速率分别达到51.98 mg/gDCW/h和21.92 mg/gDCW/h,超过了光合细菌.综上所述,本文利用光催化模块与生物催化模块相耦合的方式,组装构建了一种新型的人工光合系统,实现了光驱动CO_(2)还原合成高附加值化学品,为理性设计材料-生物杂合系统提供了借鉴,同时也为挖掘绿色生物制造潜力、开发太阳能化学制造平台提供参考.

菌藻共生系统污水处理及CO_(2)固定作用机制的研究进展

目前水生态环境污染严重,现有水处理工艺存在能耗高、温室气体排放等问题。菌藻共生技术是一种能同步处理污水和固定CO_(2)的绿色处理技术。文章综述了菌藻共生体系提高减污固碳效率的作用效能及作用机制,详细阐述了菌藻共生体系降解氮磷污染物及固定CO_(2)的作用机理:微藻通过同化作用实现对氮磷的吸收,并通过光合自养、异养、兼养3种固碳过程实现CO_(2)的固定;细菌通过硝化作用和反硝化作用脱氮,利用聚磷菌强化除磷,通过促进碳酸酐酶的产生来提高藻细胞的固碳效率。总结了菌藻共生体系实际应用中的现存问题,并对未来的研究方向进行了展望,为今后菌藻共生体系的进一步应用提供了理论支持。

熔盐改性氧化镁吸附剂制备及固定床低浓度CO_(2)吸附捕集

针对吸附法捕集烟道气CO_(2)成本和能耗较高问题,研究采用六水氯化镁和碳酸氢钠通过沉淀法制备碱式碳酸镁并煅烧制得氧化镁粉体,再通过硝酸钠和碳酸钠浸渍改性并成型为(Na NO_(3))_(0.1)-Mg O和(Na NO_(3))_(0.1)(Na_(2)CO_(3))_(0.05)-Mg O颗粒状吸附剂。采用X射线衍射等表征手段对两种吸附剂颗粒微观结构进行分析,并结合热重实验评估了CO_(2)吸附/解吸动力学和循环稳定性。进行了硝酸钠/碳酸钠改性氧化镁吸附剂颗粒填充床低浓度CO_(2)气体的吸附解吸实验研究,分析了氧化镁表面负载的硝酸盐和碳酸盐对低浓度CO_(2)条件下捕集的强化作用。结果表明,在300℃左右,硝酸钠能够在氧化镁表面形成熔盐层,显著强化了CO_(2)吸附性能;硝酸钠熔盐层内存在CO_(2)扩散阻力,需要一定的CO_(2)分压作为通过熔盐层所需的传质推动力,进而降低了低浓度CO_(2)吸附量;碳酸钠的添加可降低CO_(2)通过熔盐层所需的传质推动力,提高低浓度CO_(2)吸附量。

CO_(2)地质利用与封存中碳迁移及其相态分布规律

CO_(2)地质利用与封存技术是“双碳”战略下重要的碳减排手段,前人的研究多集中于地质利用方面,而对地层的碳封存潜力尤其是CO_(2)矿化潜力的定量评价存在不足。为此,通过程序开发手段,将闪蒸计算加入开源的反应溶质运移模拟软件中,利用改进后的软件建立了松辽盆地大情字井油田H59区块的三维地质模型,通过历史拟合注采过程校正模型地层参数,最后采用校正后模型量化表征了不同注入阶段及注采结束后CO_(2)迁移与相态转化的时空演化过程。研究结果表明:①在油藏CO_(2)混相驱条件下,CO_(2)在注入井端的小范围内呈现气相,在接触到油相前缘后,CO_(2)受浮力影响减弱,在垂向上逐渐趋于均匀分布,并向开采井端均匀推进;②气水同注阶段与注气阶段均有超过70%注入的CO_(2)溶解于油相,但气水同注阶段溶解于水相的CO_(2)含量明显增加;③注采结束后的相态演化特征表现为溶解水相CO_(2)逐渐转变为矿物相,而溶解油相CO_(2)存在转变为游离态气相的趋势;④注采结束后,主要矿化过程为绿泥石及铁白云石溶解产生铁、钙离子,与碳酸根离子结合构成方解石和菱铁矿等沉淀矿物(固碳矿物),而主要溶解矿物有钾长石、钙蒙脱石、铁白云石及绿泥石。结论认为,基于现场实测数据,利用嵌入闪蒸计算的CO_(2)地质利用与封存组分模拟软件,提高了对CO_(2)迁移及分布相态规律的进一步认识,研究结果对实现注CO_(2)高效提高采收率与封存具有重要指导意义。

富氮碳鞘内阶梯层状Mo_(2)C异质结用于高效CO_(2)化学固定

在多相催化体系中,开发具有高催化活性的多相催化剂是实现小分子绿色转化的核心.过渡金属碳化物,特别是碳化钼(Mo_(2)C),因其活性与贵金属相当且成本低廉,在小分子转化方面具有应用潜力.二维(2D)过渡金属碳化物因其平面结构两侧具有可暴露的活性位点,在小分子转化和能量储存方面受到越来越多的关注.然而,在催化剂或电极材料的批量制备过程中,二维层的堆积会导致表面活性位点损失,严重影响其性能.此外,层状材料的堆积还可能阻碍有机分子的有效传递,形成传质屏障,进一步影响催化过程.特别是,二维过渡金属碳化物表面的氧化会导致活性位点的大量损失,这已成为当前亟待解决的关键问题.因此,开发一种能确保层状Mo_(2)C材料的机械和化学稳定性的有效合成方法,对于推动其实际应用至关重要.本文利用可控氧扩散蚀刻法合成了一种富氮碳鞘包覆的“阶梯状”2D-Mo_(2)C异质结材料(2D-Mo_(2)C@NC).该材料因具有独特的阶梯层状结构和整流界面,可以显著促进CO_(2)与邻苯二胺的羰基化反应,并对CO_(2)与多种二胺衍生物的羰基化反应均表现出较好的催化活性.通过密度泛函理论计算和紫外光电子能谱分析发现,Mo_(2)C与NC壳层的接触界面形成了整流接触,导致电子从NC壳层流向Mo_(2)C,进而形成富电子的层状Mo_(2)C.随着NC壳层氮含量的增加,Mo_(2)C的电子富集程度逐渐增加.进一步的理论计算和CO_(2)程序升温脱附实验表明,CO_(2)吸附依赖于2D-Mo_(2)C的电子富集程度,并随2D-Mo_(2)C的电子富集程度增加而增强.这种电子富集特性使得2D-Mo_(2)C表面能够活化CO_(2)分子,形成高度扭曲的预吸附结构(键角为118.8°),有利于后续与二胺的羰基化反应.邻苯二胺与CO_(2)羰基化反应的吉布斯自由能计算结果表明,电子的富集程度对反应决速步的能垒影响较小.因此,推测CO_(2)分子在富电子Mo_(2)C表面的预吸附增强是促进CO_(2)羰基化反应的直接因素.实验结果也表明,2D-Mo_(2)C@NC催化剂催化邻苯二胺与CO_(2)羰基化反应的催化活性随2D-Mo_(2)C的电子密度增强而提高.优化后的阶梯状异质结2D-Mo_(2)C@NC样品的CO_(2)吸附量高于核壳状异质结Mo_(2)C@NC样品,且催化性能和CO_(2)吸附量存在明显的正相关关系,证实了阶梯状异质结结构所暴露出的更多富电子Mo_(2)C活性位点可以促进CO_(2)的预吸附及随后的活化过程.此外,X射线光电子能谱结果表明,富电子的2D-Mo_(2)C表现出优于Mo_(2)C的化学稳定性,不易被氧化.在优化条件下制得的2D-Mo_(2)C@NC催化剂表现出了最佳催化性能,在较低的反应温度下,其催化邻苯二胺与CO_(2)羰基化反应生成2-苯并咪唑啉酮的TOF值为6.1‒10.2 h^(‒1),比文献报道的最佳结果高4.2倍.综上,本文成功地开发了一种有效的可控氧扩散蚀刻策略,合成出具有高机械和化学稳定性的“阶梯状”2D-Mo_(2)C异质结材料,并用于高效催化CO_(2)和邻苯二胺羰基化生成2-苯并咪唑啉酮.该可控氧扩散蚀刻方法可以扩展到其他二维碳化物的制备,并进一步扩展其在光催化和电催化系统中的应用,为二维异质结材料的合成和应用提供了参考和新思路.

电解铝CO_(2)资源化利用的隔膜电解池的设计

将工业废气中的CO_(2)转化为高值化学品,创造经济效益,是CO_(2)高排放行业迫切需要解决的重大现实问题。然而,由于缺乏工业适用的电化学反应装置,研究工作一直未取得实质性突破。针对上述问题,提出了一种新型隔膜电解池,可以在阴极上将CO_(2)电还原为CO,在阳极上将HCl氧化成Cl_2,所得CO、Cl_2用于合成光气。通过这种方法,不仅可以实现CO_(2)减排,还可以解决含HCl工业废气综合利用问题。为了提高电解CO_(2)制CO的效率,采用无氰电镀法制备了三维流通型Ag/Cu多孔修饰电极,通过提高电极比表面积,增加活性位点,将阴极电流密度提高至46.3 mA/cm^(2),生成CO的法拉第效率稳定在92.52%。本项研究在电能储存和CO_(2)减排领域具有重要理论研究价值和工程应用前景。

非光合自养微生物固定CO_(2)的影响因素及增效策略

微生物固定CO_(2)是一种极富前景的碳捕获和利用途径,对实现全球生态系统碳中和至关重要.非光合自养微生物由于其环境适应性强、固碳途径的多样性,以及会产生高附加值产物而备受关注.基于非光合自养微生物固定CO_(2)的研究进展,系统分析影响非光合自养微生物固碳效率的内部和外部因素,包括有固定CO_(2)途径、固碳关键酶、碳源、电子供体、代谢产物等,并列出多种增效策略.除了直接对应影响因素的增效方法外,还涉及微生物间的协同作用及代谢促进剂(生物炭与微纳米气泡)的使用.本工作有助于为深入理解和进一步增效非光合自养菌固定CO_(2)提供理论基础和技术支撑.

煤基化学品中CO_(2)综合利用的研究进展

全球每年CO_(2)排放量达到百亿吨左右,除了造成资源浪费、生产成本增加以外,无形之中也给环境保护带来巨大的压力,尤其是在双碳目标提出后,如何提高CO_(2)的综合利用成为国内外学者研究的重中之重。分析总结了煤制甲烷、烯烃、甲醇等传统工艺中,CO_(2)作为补充碳源对传统工艺的影响。对比后发现,补入系统中的CO_(2)不仅提高了碳资源的利用率,同时一定程度上减少了成产成本的投入,即在“节能减排”、“增效创收”等方面发挥着显著作用。

CO_(2)浓度升高对农田生态系统水分利用效率的影响效应——基于气候箱控制性试验的Meta分析

选取1985—2020年21篇与气候箱控制性试验有关的文献,利用Meta分析法研究CO_(2)浓度升高对农田生态系统水分利用效率(WUE)的影响。结果显示,在气候箱的控制下CO_(2)浓度升高对水分利用效率有正面影响,增加的比例为20%,对碳积累和蒸散发分别有正面和负面的效应,影响的效应分别为34%和-4%,但都存在显著的异质性(P<0.05)。研究还发现,CO_(2)浓度升高对WUE的影响效应与对碳积累的影响效应有显著的正相关关系(P<0.05),而与对蒸散发的影响效应没有显著的相关关系(P>0.05)。异质性分析结果显示,CO_(2)浓度升高对WUE的影响效应在不同物种间具有显著的差异,其中对大豆和番茄的影响效应显著高于对小麦的影响效应(P<0.05)。此外,CO_(2)浓度升高对WUE的影响效应与光照强度、温度和土壤相对含水量都有显著的相关关系(P<0.05),其中与光照强度有负相关关系,与温度和土壤含水量有正相关关系;而与CO_(2)富集程度没有显著的相关关系。

物化吸收混合体系强化小球藻固定CO_(2)研究

为强化小球藻固定转化CO_(2),本文选择3种化学吸收剂:聚乙二醇(PEG 200)、单乙醇胺(MEA)、碳酸钾(K_(2)CO_(3)),并与纳米纤维膜(NFMs)耦合,考察(PEG/K_(2)CO_(3)、PEG/MEA、MEA/K_(2)CO_(3))化学体系、(NFMs/PEG)物-化吸收混合体系中小球藻的生长与固碳情况。实验结果表明:NFMs/PEG物-化混合吸收体系可提高小球藻对CO_(2)的吸收利用,小球藻最大生物量产率为0.357 g/(L·d),最大CO_(2)固定率达0.612 g/(L·d),CO_(2)利用效率为52.3%;三种化学混合吸收体系中,PEG/K_(2)CO_(3)体系的小球藻生长最好,培养3天的生物量产率最大为0.320 g/(L·d),CO_(2)固定率为0.590 g/(L·d),显著高于PEG/MEA组和MEA/K_(2)CO_(3)组。

海洋CO_(2)地质封存研究进展与发展趋势

CO_(2)捕集、利用和封存是中国实现“双碳”目标的核心技术,也是全球研究的热点。CO_(2)地质封存是其中的关键环节,特别是海洋CO_(2)地质封存是今后的重点发展方向。以国内外海洋CO_(2)地质封存的发展历程为基础,结合典型CO_(2)海洋封存示范项目案例,系统梳理了国内外海洋CO_(2)地质封存理论研究进展,分析了CO_(2)在井筒流动、相变与传热、CO_(2)流体运移与储层物性参数展布规律、海洋地质封存机制及封存潜力、地质封存盖层完整性及安全性评估等方面的研究现状。认识到中国目前对海底地质结构中CO_(2)注入过程的多相态转化、溶解、捕获传质特征及动力学特性认识尚浅,对海洋封存机制及不同封存机制之间的相互作用机理尚不明确,未来应开展海洋CO_(2)动态地质封存空间重构机制研究,解决地质封存相态转化及流体动态迁移机理等关键科学问题,揭示海洋CO_(2)地质封存机制的相互作用机理,形成适用于中国海洋地质封存CO_(2)高效注入和增效封存方法。

运移距离对CO_(2)混相驱重力超覆的影响规律及表征分析

CO_(2)驱油技术具有提高原油采收率和资源化利用与封存的双重目的,已在低渗-致密油藏得到广泛应用。为明确运移距离对CO_(2)混相驱油过程中密度差引起的重力超覆程度的影响规律,分别采用室内物理模型和数值模型开展研究。实验结果表明,混相条件下,由于岩心长度减小,重力超覆的扩展空间受限,但油气混相程度的降低,导致重力超覆程度降低幅度较小;当岩心长度继续减小时,混相程度降低对重力超覆的影响大于岩心长度对重力超覆扩展空间限制的影响,从而使重力超覆程度加剧。数模结果表明,随着运移距离的减小,重力超覆程度减弱,混相驱采收率提高。因此,结合油田现场情况,为减缓重力超覆,应适当减小井距,缩短CO_(2)气体运移距离,从而提高CO_(2)驱的波及效率。研究结果对于CO_(2)驱油现场试验方案设计和参数优化具有一定的指导意义。

水限制环境CO_(2)与施氮交互作用对春小麦水分利用效率的影响

在模拟大气CO_(2)浓度升高环境条件下,进行了不同施氮处理对春小麦水分利用效率的影响试验,探索水资源限制地区提高春小麦水分利用率及其产量的途径。结果表明,CO_(2)浓度升高与施氮交互作用对小麦产量水分利用率有显著影响。在CO_(2)浓度升高90μmol·mol^(-1)环境条件下,135 kg·hm^(-2)和315 kg·hm^(-2)施氮处理春小麦产量的水分利用率与对照相比分别下降了5.8%和15.1%;225 kg·hm^(-2)和405 kg·hm^(-2)施氮处理春小麦产量的水分利用率与对照相比分别增加了9.3%和8.9%;225 kg·hm^(-2)和405 kg·hm^(-2)施氮处理使春小麦生物量水分利用率与对照相比分别提高了10.4%和10.8%;而135 kg·hm^(-2)和315 kg·hm^(-2)施氮处理造成春小麦生物量水分利用率不同程度地下降。90μmol·mol^(-1) CO_(2)浓度升高与施氮处理导致春小麦千粒重水分利用率下降,其中135 kg·hm^(-2)和315 kg·hm^(-2)施氮处理使春小麦千粒重水分利用率较对照分别下降了13.9%和21.2%。在CO_(2)浓度升高180μmol·mol^(-1)环境条件下,施氮处理对春小麦产量水分利用率的影响不显著。尽管施氮处理提高了春小麦生物量水分利用率,却导致春小麦千粒重水分利用率不同程度降低。综上可知,在未来大气CO_(2)浓度升高背景下,可以根据CO_(2)浓度升高幅度,从调控氮肥投入量途径入手,提高春小麦水分利用效率及其产量。

基于二氧化碳矿化固定的碳利用技术研究

【目的】碳利用技术难题是氟硅新材料产业发展过程中亟待解决的难题。通过对二氧化碳矿化固定的碳利用技术进行研究,以期为开发适合高耗能行业的规模化CO_(2)利用技术提供参考。【方法】分析了CO_(2)矿化固定的原理、方法和应用,研究了CO_(2)养护反应系统和烟气CO_(2)直接矿化反应系统,用来实现建材预制构件制备和工业固废中的碱性废料处理。【结果】采用碳捕集、利用和封存(CCUS)技术进行CO_(2)矿化固定,能够实现大规模CO_(2)处理。在矿化固定技术的基础上,可建立碳利用技术开发测试平台,依托平台提供数据、方法、成套设备等方面的技术支撑。【结论】碳捕集、利用和封存(CCUS)技术在减缓气候变化和实现碳循环经济等方面具有潜力。

经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除辅助微型钛板内固定对早期声门型喉癌术后喉功能的影响

目的 探讨经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除辅助微型钛板内固定对早期声门型喉癌术后喉功能的影响。方法选取2019年2月至2021年2月南通市第一人民医院收治的81例早期声门型喉癌患者资料进行回顾性分析。根据手术方式分为激光切除组(43例)和内固定组(38例)。其中激光切除组行经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除,内固定组行经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除辅助微型钛板内固定术。统计2组患者的围手术期情况、发音功能、吞咽功能、拔管率以及术后并发症的发生情况。结果 内固定组声门型喉癌患者的手术时间长于激光切除组(P<0.05),术中出血量与住院时间比较差异无统计学意义(P>0.05),内固定组患者术后20 d的拔管率高于激光切除组(P<0.05),拔管天数短于激光切除组(P<0.05),2组患者的术后并发症发生率比较差异无统计学意义(P>0.05)。内固定组声门型喉癌患者的发音功能优良率高于激光切除组(P<0.05),吞咽功能与激光切除组比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论 经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除辅助微型钛板内固定有助于促进早期声门型喉癌患者术后喉功能恢复,喉腔生理形态基本保留,术后并发症发生率与单纯进行经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除术患者比较无差异。

Zn/ZSM-5催化剂中Zn物种与CO_(2)和正丁烷耦合反应间相关性研究

随着全球温室气体排放的持续增长,二氧化碳(CO_(2))的高效转化与利用已成为应对气候变化、推动可持续发展的重要途径之一.在本课题组的前期研究中,以正丁烷为模型化合物,成功实现了H-ZSM-5分子筛催化CO_(2)与正丁烷发生耦合反应.实验还发现,通过对H-ZSM-5进行Zn改性,可以显著提高其催化性能,这为CO_(2)的高效转化和利用提供了新的研究方向.然而,目前关于Zn-ZSM-5催化剂中Zn物种的具体存在状态及其与耦合反应性能之间的关系尚不明确,这限制了高效催化剂的进一步设计.因此,深入探究Zn物种在Zn-ZSM-5催化剂中的存在状态及其与催化性能之间的关联机制,从而设计和开发更高效的CO₂转化催化剂已成为当务之急.本文通过紫外-可见光漫反射光谱、X-射线光电子能谱和1H魔角旋转-核磁共振等多种技术系统地表征了Zn-ZSM-5分子筛中酸性中心和Zn物种存在状态的演变过程,讨论了Zn物种活性中心与耦合反应之间的构-效关系,阐明了耦合反应的机理.研究表明,Zn-ZSM-5分子筛中Zn物种主要以ZnO团簇、Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)的形式存在,且其含量随Zn负载量的变化而改变.其中,ZnO团簇及(Zn-O-Zn)^(2+)物种的含量随Zn负载量的增加而上升,而Zn-OH^(+)物种含量则先上升后下降,这是由于部分Zn-OH^(+)物种转化为(Zn-O-Zn)^(2+)物种.在CO_(2)与正丁烷的耦合反应中,正丁烷的转化受到Brønsted酸位点的减少、Zn活性位点的形成以及粗晶ZnO物种的堆积等多种因素的影响.Zn-OH^(+)物种是主要的CO_(2)催化转化活性中心,而芳烃的生成则主要受Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种的影响.Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种均具有较强的脱氢性能,可通过脱氢路径促进芳烃的生成.Zn5%-ZSM-5(Zn负载量为5 wt%)样品表现出最优的催化性能:正丁烷转化率为94.71%,CO_(2)转化率为30.43%,芳烃选择性为53.71%.原位实验进一步证实了内酯、羧酸和不饱和醛酮等含氧化合物作为中间体的存在.基于上述研究,我们提出了Zn-ZSM-5上CO_(2)和正丁烷耦合的反应机理,主要包括以下三条反应路径:(1)在Zn-OH^(+)物种的催化作用下,正丁烷和CO_(2)首先被耦合活化形成内酯,随后经过一系列反应形成羧酸、酸酐和其他含氧化合物,最终通过复杂的反应生成芳烃.(2)部分CO_(2)在Zn-OH^(+)物种的催化下,通过逆水煤气变换(RWGS)反应以及与烃类化合物的干重整反应生成CO.这些CO随后在Zn-OH^(+)物种的催化下与烯烃发生耦合反应,最终生成芳烃产物.(3)正丁烷在Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种的催化下,发生脱氢和异构化反应产生烯烃.部分烯烃可通过与CO耦合或烯烃发生聚合、环化、脱氢等过程生成芳烃产物.综上所述,本文深入探讨了CO_(2)与正丁烷在Zn-ZSM-5催化剂上的耦合反应机制.通过系统研究,建立了催化剂中Zn物种与催化性能之间的构-效关系,并提出了耦合反应的具体路径.本文不仅有助于深入理解Zn-ZSM-5的催化作用机制,而且对于未来设计和开发更高效的催化体系具有重要的参考价值.

CO_(2)与绿氢合成甲醇的过程模拟及储能性能分析

文章模拟了CO_(2)与绿氢合成甲醇的过程,提出了CO_(2)储能密度指标,研究了多个参数对甲醇储能性能的影响。研究结果表明:系统能效和甲醇能量产率随着电解水效率、单程CO_(2)转化率、电解水压力和CO_(2)初始压力的升高而升高,随着甲醇合成压力的升高而降低;CO_(2)储能密度随以上参数的变化趋势与系统能效和甲醇能量产率相反;电解水效率和单程CO_(2)转化率是敏感关键的参数;在最优组合工况下,基于甲醇高位和低位热值的系统能效分别为68.0%和59.6%,CO_(2)储能密度为6.07 k W·h/kg,能量产率为0.108 kg/(k W·h),表明以CO_(2)为原料的电制甲醇的系统能效不够理想,但储能密度优势显著。

苏北—南黄海盆地工业固定排放源CO_(2)地质封存源汇匹配研究

围绕“双碳”目标,各省根据自身地域与产业特点,陆续开展碳减排方案研究。作为最发达的省份之,江苏省巨大的经济产值伴随着大量的CO_(2)排放,如何处置这部分CO_(2)成为减排的关键。CCUS作为减少化石能源发电和工业过程中CO_(2)排放的关键技术以及实现碳中和的兜底技术,可大幅减少江苏省工业碳排放的同时,确保能源结构由煤炭为主体的化石能源消费向清洁能源过渡.