1、你知道我国最主要的能源是什么吗?没错,就是我们十分熟知的煤炭!它占据了我国能源总量的70%,但是它的利用效率并不高,而且会产
生大量的二氧化碳等温室气体,对环境造成污染。如果能够把煤炭转化为更清洁、更高价值的液体燃料或化学品,那么就能够提高能源利用效
率,减少碳排放,保障国家能源安全。
2、那么,如何实现这样的转化呢?答案就是催化剂,它可以让原料更容易地变成产品,而且自身不参与反应,不会被消耗。催化剂我们并不陌生,它在化学工业中发挥着至关重要的作用,比如我们常用的汽油、柴油、乙醇等,都是通过催化剂的作用从原油或生物质中制得的;但是,并不是所有的催化剂都能够有效地把煤炭转化为我们需要的目标产物。煤炭中含有很多杂质,比如硫、氮、磷等,都影响催化剂的活性和稳定性,从而降低催化效果。而且,煤炭的转化过程很复杂,需要经过多个步骤,每个步骤都需要不同的催化剂。如果催化剂的选择性不高,就会产生很多副产品,比如甲烷、二氧化碳、水等,这些副产品不仅浪费了原料,而且增加了分离和净化的难度和成本;因此,研发一种能够高效、精准地把煤炭转化为目标产物的催化剂,这是一项极具挑战性但十分必要的课题。
3、好消息是,经过我国科研团队的不断努力,在这一领域已经取得了重大突破,他们研发出了一种新型催化剂,能够直接把煤基合成气转化为低碳烯烃。低碳烯烃是一类只含有碳和氢的分子,它是一种非常重要的化工原料,可以用来制造橡胶、涂料等各种产品,更重要的是,这种物质的燃烧产物只有水和二氧化碳,比煤炭更清洁;这种新型催化剂的名字叫作OXZEO双功能催化剂,它由两部分组成,一部分是金属钌,它可以把一氧化碳和氢气结合起来,形成一种叫做醇的分子,比如甲醇、乙醇等;另一部分是氧化锌,它可以把醇分子去除一个氧原子,变成低碳烯烃。这样,就实现了一步到位地转化,避免了中间产物的分离和净化,提高了反应效率;这种催化剂的性能非常优异,在保持低碳烯烃选择性大于80%的条件下,一氧化碳的单程转化率最高达到85%,并实现了低碳烯烃收率达48%的国际最好水平。这意味着,每100个一氧化碳分子中,有85个被转化了,而且其中有80%以上变成了低碳烯烃,只有不到20%变成了副产品。这样的催化剂,可以让煤炭的利用效率大大提高,而且减少了水的消耗和二氧化碳的排放,更加绿色、环保。
4、这项研究由中国科学院大连化学物理研究所潘秀莲研究员、包信和院士研究团队与中国科学技术大学研究团队合作完成,相关成果发表在国际学术期刊《科学》上。这是我国在煤化工领域的原创性贡献,充分地展示了我国在能源化学领域的创新能力和国际影响力。未来,该技术将进一步与利用可再生能源制备的绿氢相结合,发展出我国独创的低耗水、低碳排放的新型煤化工体系,助力保障国家能源、资源安全和“双碳”目标的实现。
煤炭是我国的宝贵资源,也是我国的重要能源。如何让煤炭更高效地发挥作用,是我国科学家一直努力探索的问题。新型催化剂的研发,为煤炭的转化提供了新的途径,为煤化工产业的绿色高效发展提供了新的动力。那么,你还知道哪些催化剂呢?
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