“二氧化碳分子式的排列就像兩個人緊緊拉著手，這種結(jié)構(gòu)讓二氧化碳分子極具化學(xué)慵懶。咱們要做的就是強(qiáng)迫它在相對溫文的條件下與其他物質(zhì)發(fā)生反響，把它變廢為寶。”在天津大學(xué)化工學(xué)院鞏金龍教授眼里，如何催化“懶惰”的二氧化碳是完結(jié)其變廢為寶的要害。
在曩昔3年中，鞏金龍團(tuán)隊(duì)在國家重點(diǎn)研制計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，經(jīng)過深入研討二氧化碳化學(xué)催化轉(zhuǎn)化進(jìn)程，打破了二氧化碳資源化所面臨的能耗高、功率低、產(chǎn)品附加值低一級瓶頸問題，為其轉(zhuǎn)化運(yùn)用技能的大范圍推行奠定了科學(xué)根底，研討成果處于國際領(lǐng)先水平。
“零排放”轉(zhuǎn)化：最難也是規(guī)范最高的路
全國際每天有大量二氧化碳被排放到大氣中，資源化高效運(yùn)用是完結(jié)減排的重要途徑，一起也是一個國際性難題。一直以來，我國運(yùn)用的常規(guī)二氧化碳轉(zhuǎn)化技能都需求高溫、高壓和催化劑，獲取這些條件離不開動力的運(yùn)用。在我國以煤炭為主的動力背景下，傳統(tǒng)技能會導(dǎo)致額外的二氧化碳的排放。
“不能在轉(zhuǎn)化進(jìn)程中產(chǎn)生新的二氧化碳，否則就成了拆東墻補(bǔ)西墻。轉(zhuǎn)化得算總賬，轉(zhuǎn)化量大于排放量才合算，咱們的方針是零排放，讓二氧化碳完結(jié)凈轉(zhuǎn)化。”鞏金龍團(tuán)隊(duì)一開始就挑選了一條最難的、也是規(guī)范最高的路途。
二氧化碳轉(zhuǎn)化的難度在于，其分子結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化需求注入很高的能量,且二氧化碳轉(zhuǎn)化的途徑雜亂，轉(zhuǎn)化后產(chǎn)物眾多、純度欠安。因而轉(zhuǎn)化途徑和催化劑的挑選極其重要。
鞏金龍團(tuán)隊(duì)把目光聚焦到太陽能。“太陽能是自然界取之不盡用之不竭的綠色動力。”鞏金龍說，他們想到了樹葉的光合效果，一片樹葉經(jīng)過光合效果，吸收光能，把二氧化碳和水改變?yōu)楦荒艿挠袡C(jī)物，一起開釋氧氣?？墒菢淙~的能量轉(zhuǎn)化功率太低了，只有0.1%—1%。“咱們要做的催化劑就像是一片能量轉(zhuǎn)化功率是一般樹葉百倍的人工樹葉。”運(yùn)用太陽能，人工樹葉在催化劑的效果下把水和二氧化碳高效地轉(zhuǎn)化為甲醇、甲烷等含碳分子，直接就能夠作為燃料再次運(yùn)用。
上萬次試驗(yàn)完結(jié)“人工樹葉”想象
要完結(jié)“人工樹葉”的想象，需求建立新式二氧化碳催化轉(zhuǎn)化反響體系，找到更高效的催化劑。然而這種開創(chuàng)性的研討實(shí)在太前沿。回憶起開始的研討，鞏金龍感慨地說：“咱們的研討完完全全是從零開始的。”
從0到1的改變是場異常艱辛的行進(jìn)。首要，進(jìn)行試驗(yàn)的設(shè)備沒有現(xiàn)成的商業(yè)化設(shè)備能夠購買，全賴研討團(tuán)隊(duì)自己探索規(guī)劃開發(fā)。從繪圖規(guī)劃，到資料、東西的挑選，到終究著手裝置都是靠科研人員自己完結(jié)。其次，挑選哪種催化劑更高效，也全賴摸索著測驗(yàn)，試驗(yàn)失利幾乎成了常態(tài)。
“雖然沒仔細(xì)計(jì)算過，可是不夸張地說，咱們進(jìn)行了上萬次試驗(yàn)，失利、總結(jié)、調(diào)整計(jì)劃，而后再進(jìn)行試驗(yàn)。那段時刻幾乎每天都這樣循環(huán)往復(fù)循環(huán)地工作著。”鞏金龍回憶說。
在研制進(jìn)程中，鞏金龍團(tuán)隊(duì)還面臨著來自美國和日本同行的激烈競賽。在這種壓力和動力下，團(tuán)隊(duì)的科研人員每天都在和時刻賽跑。
終究他們經(jīng)過三年多的研討，完結(jié)了運(yùn)用太陽能、氫能等綠色動力，在溫文條件下進(jìn)行二氧化碳的高效轉(zhuǎn)化，建立了新式的“光電催化二氧化碳復(fù)原”“二氧化碳加氫復(fù)原”途徑，打通了從二氧化碳到液體燃料和高附加值化學(xué)品的綠色轉(zhuǎn)化通道，完結(jié)了將二氧化碳復(fù)原為甲醇和其他碳?xì)淙剂系男麓蚱?。在轉(zhuǎn)化進(jìn)程中，其含碳產(chǎn)物的產(chǎn)率高達(dá)92.6%，其中甲醇的挑選性為53.6%，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。相關(guān)研討成果作為封面熱門論文，在《德國使用化學(xué)》《動力與環(huán)境科學(xué)》等國際聞名期刊上宣布。
二氧化碳礦化功率為國際最高水平
在根底性研討走在前沿的一起，鞏金龍團(tuán)隊(duì)也致力于二氧化碳礦化轉(zhuǎn)化等實(shí)踐使用方面的研討。鞏金龍教授幽默地說：“咱們的研討不能都這么高冷，也要接地氣呀。”
這個“接地氣”的研討就是針對目前二氧化碳轉(zhuǎn)化進(jìn)程經(jīng)濟(jì)性欠安的情況，經(jīng)過“離子液體協(xié)同催化轉(zhuǎn)化”“非堿性礦礦化運(yùn)用”等措施，運(yùn)用更高效的催化劑，制備出高附加值的聚碳酸酯和鈦白粉等精密化學(xué)品，為二氧化碳礦化轉(zhuǎn)化的產(chǎn)業(yè)化使用奠定根底。
鞏金龍介紹，我國目前每年有2000萬噸含鈦、鋁等成分的煉鋼高爐渣無法得到運(yùn)用。他們的技能能夠在礦化固定二氧化碳的一起，高效回收鈦、鋁等金屬元素，而礦化進(jìn)程中得到的高純度鈦白粉能夠使用于染料制造，完結(jié)了高爐渣的資源化充分運(yùn)用。目前，這項(xiàng)技能的二氧化碳礦化功率達(dá)到了200公斤/噸（非堿性礦），為國際最高水平。如今，研討團(tuán)隊(duì)正在展開年處理300噸含鈦高爐渣制備高純度鈦白粉的擴(kuò)大試驗(yàn)。
在曩昔3年中，鞏金龍團(tuán)隊(duì)在國家重點(diǎn)研制計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，經(jīng)過深入研討二氧化碳化學(xué)催化轉(zhuǎn)化進(jìn)程，打破了二氧化碳資源化所面臨的能耗高、功率低、產(chǎn)品附加值低一級瓶頸問題，為其轉(zhuǎn)化運(yùn)用技能的大范圍推行奠定了科學(xué)根底，研討成果處于國際領(lǐng)先水平。
“零排放”轉(zhuǎn)化：最難也是規(guī)范最高的路
全國際每天有大量二氧化碳被排放到大氣中，資源化高效運(yùn)用是完結(jié)減排的重要途徑，一起也是一個國際性難題。一直以來，我國運(yùn)用的常規(guī)二氧化碳轉(zhuǎn)化技能都需求高溫、高壓和催化劑，獲取這些條件離不開動力的運(yùn)用。在我國以煤炭為主的動力背景下，傳統(tǒng)技能會導(dǎo)致額外的二氧化碳的排放。
“不能在轉(zhuǎn)化進(jìn)程中產(chǎn)生新的二氧化碳，否則就成了拆東墻補(bǔ)西墻。轉(zhuǎn)化得算總賬，轉(zhuǎn)化量大于排放量才合算，咱們的方針是零排放，讓二氧化碳完結(jié)凈轉(zhuǎn)化。”鞏金龍團(tuán)隊(duì)一開始就挑選了一條最難的、也是規(guī)范最高的路途。
二氧化碳轉(zhuǎn)化的難度在于，其分子結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化需求注入很高的能量,且二氧化碳轉(zhuǎn)化的途徑雜亂，轉(zhuǎn)化后產(chǎn)物眾多、純度欠安。因而轉(zhuǎn)化途徑和催化劑的挑選極其重要。
鞏金龍團(tuán)隊(duì)把目光聚焦到太陽能。“太陽能是自然界取之不盡用之不竭的綠色動力。”鞏金龍說，他們想到了樹葉的光合效果，一片樹葉經(jīng)過光合效果，吸收光能，把二氧化碳和水改變?yōu)楦荒艿挠袡C(jī)物，一起開釋氧氣?？墒菢淙~的能量轉(zhuǎn)化功率太低了，只有0.1%—1%。“咱們要做的催化劑就像是一片能量轉(zhuǎn)化功率是一般樹葉百倍的人工樹葉。”運(yùn)用太陽能，人工樹葉在催化劑的效果下把水和二氧化碳高效地轉(zhuǎn)化為甲醇、甲烷等含碳分子，直接就能夠作為燃料再次運(yùn)用。
上萬次試驗(yàn)完結(jié)“人工樹葉”想象
要完結(jié)“人工樹葉”的想象，需求建立新式二氧化碳催化轉(zhuǎn)化反響體系，找到更高效的催化劑。然而這種開創(chuàng)性的研討實(shí)在太前沿。回憶起開始的研討，鞏金龍感慨地說：“咱們的研討完完全全是從零開始的。”
從0到1的改變是場異常艱辛的行進(jìn)。首要，進(jìn)行試驗(yàn)的設(shè)備沒有現(xiàn)成的商業(yè)化設(shè)備能夠購買，全賴研討團(tuán)隊(duì)自己探索規(guī)劃開發(fā)。從繪圖規(guī)劃，到資料、東西的挑選，到終究著手裝置都是靠科研人員自己完結(jié)。其次，挑選哪種催化劑更高效，也全賴摸索著測驗(yàn)，試驗(yàn)失利幾乎成了常態(tài)。
“雖然沒仔細(xì)計(jì)算過，可是不夸張地說，咱們進(jìn)行了上萬次試驗(yàn)，失利、總結(jié)、調(diào)整計(jì)劃，而后再進(jìn)行試驗(yàn)。那段時刻幾乎每天都這樣循環(huán)往復(fù)循環(huán)地工作著。”鞏金龍回憶說。
在研制進(jìn)程中，鞏金龍團(tuán)隊(duì)還面臨著來自美國和日本同行的激烈競賽。在這種壓力和動力下，團(tuán)隊(duì)的科研人員每天都在和時刻賽跑。
終究他們經(jīng)過三年多的研討，完結(jié)了運(yùn)用太陽能、氫能等綠色動力，在溫文條件下進(jìn)行二氧化碳的高效轉(zhuǎn)化，建立了新式的“光電催化二氧化碳復(fù)原”“二氧化碳加氫復(fù)原”途徑，打通了從二氧化碳到液體燃料和高附加值化學(xué)品的綠色轉(zhuǎn)化通道，完結(jié)了將二氧化碳復(fù)原為甲醇和其他碳?xì)淙剂系男麓蚱?。在轉(zhuǎn)化進(jìn)程中，其含碳產(chǎn)物的產(chǎn)率高達(dá)92.6%，其中甲醇的挑選性為53.6%，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。相關(guān)研討成果作為封面熱門論文，在《德國使用化學(xué)》《動力與環(huán)境科學(xué)》等國際聞名期刊上宣布。
二氧化碳礦化功率為國際最高水平
在根底性研討走在前沿的一起，鞏金龍團(tuán)隊(duì)也致力于二氧化碳礦化轉(zhuǎn)化等實(shí)踐使用方面的研討。鞏金龍教授幽默地說：“咱們的研討不能都這么高冷，也要接地氣呀。”
這個“接地氣”的研討就是針對目前二氧化碳轉(zhuǎn)化進(jìn)程經(jīng)濟(jì)性欠安的情況，經(jīng)過“離子液體協(xié)同催化轉(zhuǎn)化”“非堿性礦礦化運(yùn)用”等措施，運(yùn)用更高效的催化劑，制備出高附加值的聚碳酸酯和鈦白粉等精密化學(xué)品，為二氧化碳礦化轉(zhuǎn)化的產(chǎn)業(yè)化使用奠定根底。
鞏金龍介紹，我國目前每年有2000萬噸含鈦、鋁等成分的煉鋼高爐渣無法得到運(yùn)用。他們的技能能夠在礦化固定二氧化碳的一起，高效回收鈦、鋁等金屬元素，而礦化進(jìn)程中得到的高純度鈦白粉能夠使用于染料制造，完結(jié)了高爐渣的資源化充分運(yùn)用。目前，這項(xiàng)技能的二氧化碳礦化功率達(dá)到了200公斤/噸（非堿性礦），為國際最高水平。如今，研討團(tuán)隊(duì)正在展開年處理300噸含鈦高爐渣制備高純度鈦白粉的擴(kuò)大試驗(yàn)。
