CO2在化工上的利用

1、精品文檔你我共享 CO 2在化工上的利用 化工1110劉厚選 2011011282 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)CO的排放量也在逐步上升。據(jù)荷蘭某環(huán)境評(píng)估 機(jī)構(gòu)（NEAA發(fā)布的報(bào)告稱，從2007年開(kāi)始，中國(guó)已經(jīng)成為全球 CO排放量最 多的國(guó)家。中國(guó)的單位GDP排放的CO量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全球平均值，居于世界各國(guó) 的前列。中國(guó)的CO減排目標(biāo)是在2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 CO排放比2005年 下降40%到45%。因此CO減排已經(jīng)成為了我國(guó)的緊迫任務(wù)。 如何有效降低CO排放已經(jīng)成為了世界各國(guó)重要的政治經(jīng)濟(jì)議題。美國(guó)、英 國(guó)和德國(guó)都研究制定了 CO排放制度，日本則加快了 CO綜合利用方面的研究, 計(jì)劃用10年時(shí)

2、間建立起以CO為化工原料的獨(dú)立工業(yè)體系。目前來(lái)看CO減排能 夠采取的措施一方面是減排和控制增量： 包括調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，使用低碳能源，大 力發(fā)展核能、氫能、風(fēng)能等清潔能源，提高能源的利用效率，發(fā)展節(jié)能技術(shù)以及 改變?nèi)祟惖南M(fèi)習(xí)慣，盡可能減少石化燃料的使用。另一方面則是加大CO的處 置和利用，這包括捕集和封存技術(shù)，進(jìn)行油氣開(kāi)采，微藻利用以及化工利用等。 在CO利用方面，經(jīng)濟(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表明 CO的有機(jī)化工利用是一個(gè)值得大力發(fā)展 的方面。 自由態(tài)的CO2為線性分子，中心碳原子為 SP型雜化軌道，CO鍵長(zhǎng)等于 1.16A，稍微小于SP2雜化軌道的C=O鍵長(zhǎng)（1.20A）。由于碳氧的電性差異形成 帶負(fù)電的氧

3、和帶正電的碳，因出 CO2分子既可以作為路易斯堿，以氧負(fù)離子與 金屬離子配位；同時(shí)又可以作為路易斯酸，以碳原子與富電子的金屬離子配位。 此外，CO2具有兩個(gè)大n鍵，還可以通過(guò)n鍵形成n配合物。 因?yàn)閏o2是碳的最 高氧化狀態(tài)，因此也是能量最低狀態(tài)，以其作為原料制備有機(jī)化合物時(shí)， 必須有 大量的能量輸入。一般條件下 CO2的化工利用途徑主要有兩條：一條路徑是與 氫氣、不飽和化合物的反應(yīng)，另一條是合成碳酸酯等碳酸根的化合物。 CO2的化工利用應(yīng)該是有選擇的，從能量利用或者說(shuō)經(jīng)濟(jì)性的角度，CO2生 產(chǎn)有的有機(jī)化合物更有利，是值得大力研究的；其中在尿素、碳酸亞乙酯、水楊 酸和脂肪族聚碳酸酯以及碳酸鈉等

4、碳酸鹽的合成中可行性最高。 CO2用來(lái)合成碳酸乙烯酯 碳酸乙烯酯具有廣泛的用途，可以作為電池的電解質(zhì)溶液，廣泛用作有機(jī)溶 劑和綠色的化工試劑，也可以作為燃料油的添加劑，提高辛烷值，同時(shí)也是工程 塑料的一種單體。碳酸乙烯酯有多條合成路線。：環(huán)氧乙烷與CO2的環(huán)加成反 應(yīng)；乙烯氧化加成反應(yīng)；尿素與乙二醇醇解反應(yīng)。路線1已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化, 其余兩條路線還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。除了碳酸乙烯酯以外，其他的環(huán)碳酸酯也 有研究涉及，但也僅限于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)究。例如惡丁環(huán)與CO2反應(yīng)生成三亞甲基碳酸 酯等。 環(huán)加成反應(yīng)制碳酸乙烯酯是可行的，也是唯一工業(yè)化成熟的和目前研究的最 為充分。碳酸酯的合成工藝分為間歇釜和固定床工

5、藝。（相應(yīng)使用均相催化劑和 多相催化劑）。以及其他的工藝技術(shù)。 均相催化劑研究的最早。目前使用的是含氯催化劑，例如工業(yè)應(yīng)用的催化劑 是（Et4NB葉KI ）組合物。含氯催化劑對(duì)產(chǎn)物品質(zhì)和設(shè)備都有影響，所以無(wú)氯均 相催化劑是一個(gè)重要的研究方向，但是目前催化劑的催化活性還比較低。 多相催 化劑的發(fā)展非常猛。具體的分為均相催化劑在載體上的負(fù)載化和金屬氧化物。負(fù) 載型催化劑所用的載體可以是樹(shù)脂、 分子篩、氧化硅等，目前國(guó)內(nèi)有些碳酸丙烯 酯的生產(chǎn)廠家就在使用樹(shù)脂負(fù)載型的催化劑。需要指出，以Si02為載體的負(fù)載性 催化劑活性會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相應(yīng)的均相催化劑。這是因?yàn)镾i02表面的羥基會(huì)對(duì)反應(yīng)起 促進(jìn)作用。在超臨

6、界 CO2中反應(yīng)物環(huán)氧丙烷和 CO2成為一相，反應(yīng)后產(chǎn)物碳酸 丙烯酯與CO2分離成兩相，在間歇釜內(nèi) CO2在上層，碳酸丙烯酯在下層。這個(gè) 現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)具有重要的意義，它能夠大大簡(jiǎn)化產(chǎn)物和反應(yīng)物以及催化劑的分離, 因此發(fā)展在超臨界CO2中可溶的催化劑具有很大的發(fā)展前途。 從綠色化學(xué)和經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，烯烴的氧化加成反應(yīng)是非常有吸引力的, 料烯烴無(wú)毒，危險(xiǎn)性更小，避免了有毒的環(huán)氧烷。這條合成路線將烯烴環(huán)氧化和 C02環(huán)加成反應(yīng)整合到一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行， 這樣可以明顯降低反應(yīng)的能耗和分離 的投資和能耗。因此早在1987年Aresta就開(kāi)始研究此條路線。但是總體來(lái)看,將兩步反應(yīng)整合在一鍋內(nèi)進(jìn)行必然存在反應(yīng)效率低下的問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生大量的 醇、縮醇和羧酸等副產(chǎn)物。 CH2=CH2+O2+CO2=C2H4CO3 因此如何減少反應(yīng)副產(chǎn)物就是一個(gè)比較重要的問(wèn)題，但用二氧化碳合成碳酸 不僅 乙烯酯在工業(yè)上也是可行的，二氧化碳如果能在工業(yè)上作為原料大量使用, 節(jié)約資源而且對(duì)于目前溫室效應(yīng)的緩解重要作用。 沁園春雪 北國(guó)風(fēng)光，千里冰封, 里雪飄。 望長(zhǎng)城內(nèi)外, 惟余莽莽; 大河 AAAAAA 頓失滔滔。 山舞銀蛇，原馳蠟