CO2加氫合成甲醇催化劑的研究進(jìn)展

徐生杰

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730060）

在不斷推進(jìn)的全球的環(huán)境保護(hù)舉措的不斷進(jìn)程當(dāng)中，人類對(duì)于環(huán)境的質(zhì)量的要求變得越來(lái)越高。但是，在工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快之中，無(wú)論是工業(yè)污染還是人們的生產(chǎn)生活，都導(dǎo)致了更多的CO2的產(chǎn)生。而作為催化劑的一種的甲醇，可以由二氧化碳以及氫來(lái)混合組成。所以，無(wú)論是在化學(xué)工業(yè)研究還是在可持續(xù)發(fā)展的過(guò)程之中，基于環(huán)境保護(hù)以及全球氣候變暖的狀況之下，對(duì)于這一類型的催化劑的研究在不斷的進(jìn)行。在不斷的研究過(guò)程下，對(duì)于CO2加氫合成甲醇催化劑的研究變得更加的便利了，研究進(jìn)展也在不斷的推進(jìn)之中。

1 相關(guān)催化劑的研究類別

1.1 銅基催化劑

以合成氣體為原料的甲醇催化劑是目前大部分以銅為基礎(chǔ)的把二氧化碳這種具有嚴(yán)重污染的污染能源，適當(dāng)以及適量的和氫氣進(jìn)行合成，組合產(chǎn)生催化劑。代表相關(guān)的銅基催化劑的生產(chǎn)，已經(jīng)成為一種以氣體合成甲醇的商業(yè)催化劑，尤其是在環(huán)境保護(hù)以及相應(yīng)的活性性能方面。對(duì)于合成之中存在的其他問(wèn)題，不同的方面產(chǎn)生的問(wèn)題以及結(jié)果也都各不相同。這個(gè)問(wèn)題變得更加復(fù)雜，因?yàn)槎趸細(xì)怏w本身具有一定程度的氧化性。對(duì)于不同的研究者來(lái)說(shuō)，觀點(diǎn)自然 也就各不相同了，一種觀點(diǎn)認(rèn)為把銅這一種成分從整體的催化劑體系中分離出來(lái)是非常的不現(xiàn)實(shí)的。但是依然存在著另外一種不同的觀點(diǎn)，他們認(rèn)為不單獨(dú)的以銅為載體，而是與其他的事物相結(jié)合，兩者或者多種相輔相成，不單獨(dú)存在，就是以合作互贏的狀態(tài)來(lái)出現(xiàn)。即使銅是一個(gè)獨(dú)立的活性中心，但是也有作者認(rèn)為它應(yīng)該是金屬銅的集群，而不是單個(gè)的。

1.2 貴金屬類的催化劑

貴金屬類的相關(guān)催化劑也是在CO2加氫合成的過(guò)程之中產(chǎn)生的，他與銅類的既有聯(lián)系，又相互區(qū)別。隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)不斷推進(jìn)，大量二氧化碳?xì)怏w被排放到大氣中，對(duì)人類生活環(huán)境造成嚴(yán)重影響。如何消除污染和綜合利用污染已經(jīng)引起了人們的極大關(guān)注。二氧化碳這是一個(gè)潛在的碳源。甲醇是化學(xué)的重要產(chǎn)物。甲醇生產(chǎn)途徑的發(fā)展：加氫不僅能解決能源問(wèn)題，而且能緩解“溫室效應(yīng)”，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。新型催化劑的研制是用共加法合成甲醇的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 催化劑性能的研究進(jìn)程

2.1 方法層面上

二氧化碳加氫對(duì)甲醇的反應(yīng)機(jī)理存在一些問(wèn)題。二是二氧化碳和氫氣是直接從二氧化碳中合成甲醇還是間接從二氧化碳中合成甲醇；三是對(duì)研究最多的銅基催化劑的反應(yīng)中心有不同的看法。將一級(jí)共沉淀、兩級(jí)共沉淀和兩級(jí)共沉淀的復(fù)合催化劑標(biāo)記為，將其對(duì)應(yīng)的沉淀前體標(biāo)記為。采用下列合成方法制備了復(fù)合催化劑。焙燒合成甲醇催化劑與脫水催化劑按照相應(yīng)的質(zhì)量比混合，在砂漿中仔細(xì)研磨，充分混合后得到復(fù)合催化劑，稱為干混合方法。懸浮，攪拌，過(guò)濾，在水中混合也是重要的方法之一。共沉淀沉積法以及共沉淀浸漬法同樣也是在方法層面上進(jìn)行催化劑性能研究的重要組成部分。

二甲醚是一種很好的氫能載體。它的液化溫度比氫氣高得多?？稍谑覝?、低壓下保存。它很容易運(yùn)輸。其轉(zhuǎn)化能消耗遠(yuǎn)低于氫氣壓縮或液化，不太可能遇到氫氣那樣的空氣。因此，二甲醚作為氫的載體，比直接使用O更經(jīng)濟(jì)、更安全。對(duì)于這種類型的能源的研究，運(yùn)用合適恰當(dāng)?shù)姆椒ǚ浅５闹匾?，具有相?yīng)的重要價(jià)值。二氧化碳被氫化為二甲醚作為一種儲(chǔ)能方式。

2.2 條件層面上

在催化劑制備過(guò)程中，焙燒溫度、還原條件和反應(yīng)條件對(duì)催化劑性能有很大影響。條件是有區(qū)別的，催化劑是用共沉淀法制備，焙燒溫度在三百到五百之間，催化劑活性增加，然后降低，當(dāng)焙燒溫度為三百五十?dāng)z氏度時(shí)，催化劑活性最佳。采用草酸共沉淀法制備了相應(yīng)的催化劑。結(jié)果表明，焦粒的大小與焙燒過(guò)程中的增溫速率密切相關(guān)，低增溫速率有利于小顆粒的生產(chǎn)。在其他的條件基礎(chǔ)之上，用同樣的方法制備出相應(yīng)的催化劑，在焙燒過(guò)程中使用較慢的升溫速率和有氧氣氛有利于獲得高活性催化劑；還原銅堿催化劑是一種較強(qiáng)的放熱過(guò)程，在還原過(guò)程中容易導(dǎo)致催化劑床溫度急劇升高，導(dǎo)致催化劑因燒結(jié)而降低活性。銅催化劑通常在較低的溫度、較低的氫含量和較長(zhǎng)的還原時(shí)間下還原和活化。

結(jié)果表明，催化劑上的二氧化碳轉(zhuǎn)化率是相對(duì)的。當(dāng)條件變化時(shí)，在一定的條件層次之上，有些明顯，但是有些就相應(yīng)的有所不同或者是欠缺，當(dāng)然，由此所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益也就各不相同了。希望將來(lái)通過(guò)充分利用太陽(yáng)能，徹底解決廉價(jià)氫的來(lái)源，最大限度地推廣二氧化碳對(duì)二甲醚的加氫技術(shù)。

2.3 設(shè)備層面上

合成催化劑的制備包括甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑的組成以及合成催化劑的形成和活化。由甲醇合成催化劑組分和甲醇脫水催化劑組分組成的，并且從設(shè)備的層面之上，充分利用設(shè)備方面存在的優(yōu)勢(shì)，把二氧化碳和氫兩者充分適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合。無(wú)論是在新設(shè)備的運(yùn)用以及配置催化劑的過(guò)程之中，對(duì)于新設(shè)備的采用，符合時(shí)代發(fā)展的需求。對(duì)二氧化碳這種污染能源的重新的再次運(yùn)用，無(wú)論是對(duì)于環(huán)境保護(hù)還是對(duì)于新產(chǎn)品新技術(shù)的研發(fā)方面都是具有極強(qiáng)的促進(jìn)作用的。運(yùn)用新的設(shè)備，可以讓催化劑的制作與研制變得更加便利。

甲醇這種催化劑的用途非常的具有廣泛性。而且，在環(huán)境保護(hù)的不斷推進(jìn)之中，對(duì)于把二氧化碳這類的污染能源的新型利用，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的清潔能源，無(wú)論是對(duì)于二氧化碳的運(yùn)用，還是對(duì)于環(huán)境治理的重要作用都是非常顯而易見(jiàn)的。而且可以充分利用二氧化碳作為碳資源，獲得大量的化學(xué)品，使自然界中的碳能夠達(dá)到一個(gè)良好的風(fēng)險(xiǎn)循環(huán)。因此，考慮環(huán)境和資源效率，對(duì)于這種類型的催化劑的研究就沒(méi)有停止過(guò)。

3 結(jié)語(yǔ)

在技術(shù)不斷進(jìn)步，科技不斷發(fā)展的時(shí)代，人們對(duì)于新科技的研究也在不斷地進(jìn)行之中。對(duì)二氧化碳這一存在于我們身邊的氣體的研究也沒(méi)有停止過(guò)。CO2加氫合成甲醇催化劑，是對(duì)CO2以及催化劑研究的一個(gè)重要方面，研究進(jìn)展也是所有科學(xué)者的共同努力，所有研究也在不斷的進(jìn)行。