燃煤煙氣二氧化碳催化氫化還原反應(yīng)實驗研究.pdf

1、二氧化碳(CO2)減排作為影響未來世界經(jīng)濟和環(huán)境的重大國際問題，是我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。作為一種有效的CO2還原方法，催化氫化CO2已被國內(nèi)外學(xué)者廣泛研究，但該方法存在反應(yīng)能耗高，操作條件復(fù)雜，經(jīng)濟性差等問題，限制了其工業(yè)化應(yīng)用。本文基于催化轉(zhuǎn)移氫化理論，提出了一種新型、常溫、常壓下燃煤煙氣CO2還原方法，為CO2資源化利用提供了理論支撐和技術(shù)基礎(chǔ)。
　　在自制的反應(yīng)器中，優(yōu)選出了在常溫、常壓條件下可實現(xiàn)燃煤煙氣C

2、O2高效轉(zhuǎn)化的供氫體M，進行了溶劑比例、吸收溶液濃度、反應(yīng)溫度及溶液pH等因素對CO2轉(zhuǎn)化的影響實驗，獲得了CO2轉(zhuǎn)化為甲酸鹽反應(yīng)體系的最佳實驗條件，即乙醇體積百分含量為80％，M濃度為0.439mol·L-1，反應(yīng)溫度為45℃，溶液pH為9.0;考察了脫硫尾部煙氣中的共存氣體如二氧化硫、一氧化氮及氧氣等對CO2轉(zhuǎn)化的競爭或抑制機制，結(jié)果表明，以上共存氣體對該體系中CO2轉(zhuǎn)化無明顯影響;根據(jù)穿透實驗，并結(jié)合相關(guān)理論，計算出了在最佳實驗條

3、件下M溶液對CO2的吸收總量約為2.65×107mg。
　　為進一步提高CO2轉(zhuǎn)化效率，制備了鎳磷(Ni/P)催化劑，其最優(yōu)制備條件如下:載體為三氧化二鋁（Al2O3），Ni/P摩爾比為1∶1，浸漬時間為12h，焙燒溫度為550℃。利用Ni-P/Al2O3催化劑進行了CO2催化轉(zhuǎn)化實驗，在最佳實驗條件下，即Ni-P/Al2O3催化劑添加量為1.0％（質(zhì)量比），供氫體濃度為0.175mol·L-1，溶液pH為8.0，乙醇濃度為90％

4、，反應(yīng)溫度為55℃，氣體流量為0.5L·min-1，吸收液體積為0.15L時，CO2轉(zhuǎn)化效率提高了約36.72％，供氫體M用量降低了約60.14％，表明Ni-P/Al2O3催化劑對CO2還原反應(yīng)具有良好的促進作用。
　　采用紫外吸收光譜（Ultraviolet Adsorption Spectrometry，UAS）、離子色譜（Ion Chromatography，IC）、傅里葉變換紅外光譜（Fourier Transform I

5、nfraredSpectrometry，F(xiàn)TIR）及高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Hi曲Performance LiquidChromatography-Mass Spectrometry，HPLC/MS）等手段對反應(yīng)產(chǎn)物進行了表征和分析，證實了CO2還原產(chǎn)物主要為甲酸鈉(HCOONa);基于電化學(xué)理論，結(jié)合CO2和M反應(yīng)特性及前人研究結(jié)果，揭示了M還原CO2生成HCOONa的反應(yīng)機理，認為硼氫化物質(zhì)BHi(OH)4-i-1(i=3，2，1)

6、和HCO2BHj(OH)3-j-1(j=3，2，1，0)是該反應(yīng)的重要活性媒介。
　　依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的狀態(tài)函數(shù)法和恒溫過程的亥姆霍茲函數(shù)，計算了標準狀況和實驗溫度區(qū)間即5℃～65℃下的熱力學(xué)參數(shù)，分析論證了M還原CO2為HCOONa的反應(yīng)的熱力學(xué)可行性，得出了反應(yīng)溫度與熱力學(xué)參數(shù)相關(guān)模型，計算并分析了反應(yīng)溫度對CO2轉(zhuǎn)化為HCOONa的影響。
　　開展了非催化條件和催化條件下的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)實驗，結(jié)果表明，在非催化條件下，CO