二氧化碳在各行各業(yè)的應(yīng)用情況
二氧化碳的應(yīng)用其實有很多方面的，除了能是地球氣候變暖以外，二氧化碳的其他功能也是廣泛應(yīng)用在各個行業(yè)與領(lǐng)域，今天我們就來簡單說說二氧化碳在各行各業(yè)的應(yīng)用情況。
基于二氧化碳的物理、化學(xué)特性，在國民經(jīng)濟(jì)中用途甚廣，液體二氧化碳及干冰已較廣泛地應(yīng)用于煙絲膨脹、代替氟氯烴用作聚苯乙烯泡沫板材的發(fā)泡劑、氣體保護(hù)焊接、食品的冷藏保鮮、冷藏運輸、植物氣肥、殺菌氣、飲料添加劑、氣霧劑、驅(qū)霧劑、驅(qū)蟲劑、中和含堿污水、氰廢水解毒劑、水處理的離子交換再生劑、抑爆充加劑、樹脂發(fā)泡劑、人工降雨、消防滅火、軸承裝配、染料生產(chǎn)、低溫試驗、木材保存劑、爆炸成型劑、混凝土添加劑、核反應(yīng)堆凈化劑、冶金操作中灰塵遮蔽劑、超臨界萃取劑、超臨界清洗劑、石油助采劑、膠合板的防腐等;同時，二氧化碳是潛在的碳資源，以二氧化碳為化工原料生產(chǎn)的無機(jī)化工產(chǎn)品有尿素、白炭黑、碳酸鋇、晶體碳酸鈣、硼砂、輕質(zhì)氧化鎂、輕質(zhì)碳酸鎂、輕質(zhì)磷酸鈉、輕質(zhì)碳酸氫鈉、輕質(zhì)碳酸鉀等;有機(jī)化工產(chǎn)品有水楊酸、雙氰胺等;處于研究開發(fā)的化工過程有二氧化碳催化加氫合成甲醇、乙醇、甲烷、醋酸、天然氣與二氧化碳合成烴、二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳、CO等。甲烷和CO2制取清潔柴油、石腦油和石蠟、生物降解塑料、多糖、碳酸丙烯酯等。
CO2作為有機(jī)合成的基本原料，進(jìn)行化工合成關(guān)鍵是解決CO2的活化問題。各國科學(xué)工作者多年來致力于CO2活化研究，做出了不懈的努力，在CO2的活化新途徑、新工藝，發(fā)展新產(chǎn)品等方面取得了一些進(jìn)展，為CO2的化學(xué)加工奠定了一定的基礎(chǔ)。
CO2與CO一樣，通過適當(dāng)?shù)姆绞交罨捎米饔袡C(jī)合成的起始原料，進(jìn)而合成許多有機(jī)產(chǎn)品。有些CO2化工利用技術(shù)已經(jīng)成熟，例如合成尿素、制取脂肪酸和水楊酸及其衍生物、生產(chǎn)碳酸鹽、調(diào)整水蒸氣變換氣中的CO與H2比例。此外，還發(fā)展了許多新的工藝方法。例如，在一定條件下，CO2可以被氫化還原為甲烷、甲醇、甲醛、甲酸及其衍生物;合成天然氣、乙烯、丙烯等低碳烴類;合成甲醇、壬醇、草酸及其衍生物、內(nèi)醋及芳烴的烷基化產(chǎn)物;合成高分子單體及其進(jìn)行二元或三元共聚;制備一系列高分子材料等。原則上，CO2可以轉(zhuǎn)化為碳、醇、合成氣、低烯烴、醛、酸、醚、酯等物質(zhì)。
CO2不同的活化方式和活化態(tài)決定著可能被利用的反應(yīng)路線。CO2的活化方式主要有生物活化、配位活化、光化學(xué)輻射活化、電化學(xué)還原活化、熱解活化及化學(xué)還原活化等。CO2在金屬或金屬氧化物催化劑表面上化學(xué)活化是最常用也是最有效的活化方式之一，例如CO2經(jīng)配位活化可以發(fā)生CO2插入M—L鍵、C—H鍵及與過渡金屬絡(luò)合物直接配位的反應(yīng)。
CO2催化加氫合成甲烷CO2甲烷化反應(yīng)是由法國化學(xué)家PaulSabatier首先提出的。因此，該反應(yīng)又叫做Sabatier反應(yīng)(方法、技術(shù))。其反應(yīng)過程是:將CO2和H2按照一定的比例通入裝有催化劑的特殊反應(yīng)器內(nèi)，在一定的溫度和壓力等條件下，CO2和H2發(fā)生反應(yīng)生成水和甲烷。該反應(yīng)在航天領(lǐng)域已有應(yīng)用。在航天艙室中人員呼出的CO2可轉(zhuǎn)化為甲烷和水，生成的水汽經(jīng)冷凝、分離、儲存供電解產(chǎn)氧使用，而甲烷則作為廢氣排出，或收集起來供作它用。該反應(yīng)通常177—527℃的范圍進(jìn)行。當(dāng)反應(yīng)溫度超過595℃時，反應(yīng)就向反方向進(jìn)行。為維持反應(yīng)器內(nèi)溫度在要求的范圍內(nèi)，必須對反應(yīng)器進(jìn)行溫度控制。
擔(dān)載在三氧化二鋁上制備的擔(dān)載釕催化劑是目前最好的一種二氧化碳甲烷化還原催化劑。在常壓下，H2和CO2的摩爾比為4—5，CO2的流量為0.35—1.75L/min，反應(yīng)氣體一次通過，CO2的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到81.1%—94.5%［19］。通過對催化劑及Sabatier反應(yīng)器的優(yōu)化改進(jìn)，其反應(yīng)起動溫度可降到110℃，起動時間為8min;在溫度為200—300℃時，CO2一次通過轉(zhuǎn)化率均達(dá)95%。
