江南大學實現二氧化碳一步合成乙醇

　　5月18日，從江南大學傳出消息，該校化學與材料工程學院劉小浩教授團隊實現了二氧化碳(CO?)一步合成乙醇。相關研究成果發表于《美國化學會·催化》。

 

　　劉小浩團隊經過持續5年攻關，創新性地采用結構封裝法，精準構筑雙鈀活性位點—納米“蓄水”膜反應器，實現了二氧化碳在溫和條件下一步近100%選擇性轉化為乙醇。

 

　　乙醇是重要的基礎化學品，還可轉化為乙烯和下游高價值化工產品。在乙醇制備方面，工業上一般采用糧食發酵法和煤基乙醇技術。糧食發酵法制備乙醇不可避免出現“與人爭糧”的局面；煤基乙醇工藝路線復雜，制造過程中產生大量的二氧化碳。

 

　　近年來，國際上雖已開發出多種途徑將二氧化碳轉化為乙醇。在連續流固定床反應器中制備乙醇，由于其便捷的物質流和能量流管理，更容易實現工業應用。文獻雖然已經報道了在連續流固定床反應器中合成乙醇，但采用單一催化劑一步合成乙醇，存在選擇性低、容易發生副反應等問題，目前的技術無法實現可控精準增碳定向生成乙醇，易產生大量低價值的副產物。劉小浩介紹說：“因此，我們考慮開發全新的催化體系來突破這一關鍵技術難題。”

 

　　該團隊合成的催化劑結構類似于一個膠囊，其膠囊內部封裝了二氧化鈰載體分散的雙鈀催化劑。據劉小浩介紹，膠囊的殼層具有高選擇性，疏水修飾后，可將反應過程中生成的水富集在內，使雙鈀催化劑處于富水蒸氣反應環境，從而解決了催化劑穩定性問題；乙醇作為反應產物可持續生成，并通過擴散離開納米膜反應器。

 

　　該催化劑能夠在3兆帕、240℃的溫和條件下，在固定床反應器中二氧化碳加氫連續流一步高效穩定制乙醇。該催化工藝路線簡單，可在單催化劑單反應器中一步完成，乙醇選擇性接近100%，無副產物生成，大幅降低了過程分離能耗。

 

　　據了解，科研團隊基于前期研究基礎，構筑的雙鈀活性位點，具有獨特的幾何和電子結構。其鄰近的鈀位點和富電子特性有利于促進中間物種碳—氧鍵解離和隨后的碳—碳偶聯，從而實現二氧化碳加氫定向生成單一高價值產物乙醇。

 

　　劉小浩表示，科研團隊下一步研究重點將圍繞改進催化劑制備技術，在保證乙醇近100%選擇性的前提下，獲得更高的二氧化碳單程轉化率，以及更優異的催化劑穩定性。同時，他們計劃開展催化劑規模放大研究，進行中試，并盡早將該技術推向工業應用，為二氧化碳高價值利用和實現國家“雙碳”目標提供技術支持。

 

　　劉小浩表示，該項工作的突破性進展奠定了二氧化碳精準催化增碳的理論基礎，為以溫室氣體二氧化碳為原料定向合成碳二平臺分子，實現碳二化學高值化利用開辟了新的途徑和方向。