水合肼水热转化二氧化碳为甲酸的基础研究

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化石燃料的燃烧导致温室气体二氧化碳排放量的快速增长,从而引起全球变暖,引发一系列环境问题;而化石燃料的大量消耗和全球能源消费的持续增长引起的能源短缺问题将日益严重。因此,减少二氧化碳排放和缓解能源危机是人类当今急需解决的全球性问题。二氧化碳的资源化利用不仅可以从真正意义上减少二氧化碳的排放,还可以缓解能源短缺的问题。二氧化碳催化加氢法是目前最具工业化前景的资源化利用技术,现有的催化加氢方法多采用氢气为氢源、贵金属为催化剂,成本高且氢气的存储运输存在安全隐患。本研究以便于储运的水合肼作为氢源,廉价金属作为催化剂,在水热条件下,将二氧化碳转化为高附加值化学品甲酸,实现了二氧化碳的资源化利用。  首先,考察了水热条件下,以水合肼为氢源,还原二氧化碳的可能性。结果表明,得到的主要产物是甲酸,选择性大于99%,产率为18%。同时考察了多种金属以及金属氧化物对水合肼还原二氧化碳的催化效果,发现金属镍对反应具有较好的催化作用,甲酸产率提高到27%。且催化剂稳定性好,可重复使用。  接着,研究了以镍为催化剂,反应物添加量、反应时间、温度等因素对甲酸产率的影响,得到最佳反应条件为:碳酸氢钠0.5 M,水合肼5 M,金属Ni3.135 mmol,水填充率为55%,反应时间为60 min,反应温度为300 oC。此时,甲酸的最高产率为49%。  然后,研究了催化剂镍对水合肼分解产氢的影响,镍表面化合物以及反应管壁对甲酸产率的影响,以及二氧化碳气体和氢气分别代替碳酸氢钠和水合肼对甲酸产率的影响等,提出了镍为催化剂水合肼水热转化二氧化碳产甲酸的反应机理及途径。  最后,本研究探讨了以镍和氧化锌为共催化剂时,水合肼水热转化二氧化碳为甲酸的可能性,并通过考察反应物添加量、反应时间及温度等反应条件,得到甲酸的最高产率为62%,比不加氧化锌时提高了13%。最佳反应条件为:碳酸氢钠0.5 M,水合肼5 M,金属Ni3.135 mmol,氧化锌1.254 mmol,水填充率为55%,反应温度为300 oC,反应时间为60 min。
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