江南大學(xué)實(shí)現(xiàn)二氧化碳一步合成乙醇

　　5月18日，從江南大學(xué)傳出消息，該校化學(xué)與材料工程學(xué)院劉小浩教授團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了二氧化碳(CO?)一步合成乙醇。相關(guān)研究成果發(fā)表于《美國化學(xué)會·催化》。

 

　　劉小浩團(tuán)隊(duì)經(jīng)過持續(xù)5年攻關(guān)，創(chuàng)新性地采用結(jié)構(gòu)封裝法，精準(zhǔn)構(gòu)筑雙鈀活性位點(diǎn)—納米“蓄水”膜反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳在溫和條件下一步近100%選擇性轉(zhuǎn)化為乙醇。

 

　　乙醇是重要的基礎(chǔ)化學(xué)品，還可轉(zhuǎn)化為乙烯和下游高價值化工產(chǎn)品。在乙醇制備方面，工業(yè)上一般采用糧食發(fā)酵法和煤基乙醇技術(shù)。糧食發(fā)酵法制備乙醇不可避免出現(xiàn)“與人爭糧”的局面；煤基乙醇工藝路線復(fù)雜，制造過程中產(chǎn)生大量的二氧化碳。

 

　　近年來，國際上雖已開發(fā)出多種途徑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇。在連續(xù)流固定床反應(yīng)器中制備乙醇，由于其便捷的物質(zhì)流和能量流管理，更容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。文獻(xiàn)雖然已經(jīng)報(bào)道了在連續(xù)流固定床反應(yīng)器中合成乙醇，但采用單一催化劑一步合成乙醇，存在選擇性低、容易發(fā)生副反應(yīng)等問題，目前的技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)可控精準(zhǔn)增碳定向生成乙醇，易產(chǎn)生大量低價值的副產(chǎn)物。劉小浩介紹說：“因此，我們考慮開發(fā)全新的催化體系來突破這一關(guān)鍵技術(shù)難題。”

 

　　該團(tuán)隊(duì)合成的催化劑結(jié)構(gòu)類似于一個膠囊，其膠囊內(nèi)部封裝了二氧化鈰載體分散的雙鈀催化劑。據(jù)劉小浩介紹，膠囊的殼層具有高選擇性，疏水修飾后，可將反應(yīng)過程中生成的水富集在內(nèi)，使雙鈀催化劑處于富水蒸氣反應(yīng)環(huán)境，從而解決了催化劑穩(wěn)定性問題；乙醇作為反應(yīng)產(chǎn)物可持續(xù)生成，并通過擴(kuò)散離開納米膜反應(yīng)器。

 

　　該催化劑能夠在3兆帕、240℃的溫和條件下，在固定床反應(yīng)器中二氧化碳加氫連續(xù)流一步高效穩(wěn)定制乙醇。該催化工藝路線簡單，可在單催化劑單反應(yīng)器中一步完成，乙醇選擇性接近100%，無副產(chǎn)物生成，大幅降低了過程分離能耗。

 

　　據(jù)了解，科研團(tuán)隊(duì)基于前期研究基礎(chǔ)，構(gòu)筑的雙鈀活性位點(diǎn)，具有獨(dú)特的幾何和電子結(jié)構(gòu)。其鄰近的鈀位點(diǎn)和富電子特性有利于促進(jìn)中間物種碳—氧鍵解離和隨后的碳—碳偶聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳加氫定向生成單一高價值產(chǎn)物乙醇。

 

　　劉小浩表示，科研團(tuán)隊(duì)下一步研究重點(diǎn)將圍繞改進(jìn)催化劑制備技術(shù)，在保證乙醇近100%選擇性的前提下，獲得更高的二氧化碳單程轉(zhuǎn)化率，以及更優(yōu)異的催化劑穩(wěn)定性。同時，他們計(jì)劃開展催化劑規(guī)模放大研究，進(jìn)行中試，并盡早將該技術(shù)推向工業(yè)應(yīng)用，為二氧化碳高價值利用和實(shí)現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)提供技術(shù)支持。

 

　　劉小浩表示，該項(xiàng)工作的突破性進(jìn)展奠定了二氧化碳精準(zhǔn)催化增碳的理論基礎(chǔ)，為以溫室氣體二氧化碳為原料定向合成碳二平臺分子，實(shí)現(xiàn)碳二化學(xué)高值化利用開辟了新的途徑和方向。