米乐m6中国官方网站 使用无过渡金属催化剂的大气 CO 浓度₂生产合成气的技术

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）、能源过程研究部、能源转换过程组、研究组组长仓本博、研究员筱山友峰、首席研究员小坂文彦和代尔夫特理工大学Atsushi Urakawa教授正在与代尔夫特理工大学Atsushi Urakawa教授合作研究发电厂和工业领域排放的气体，或大气中低浓度CO₂（400ppm (004%) 至 20% 左右），用途广泛，可作为液体燃料和化学品制造的原材料合成气

这项技术是CO₂和吸收的CO₂氢（H₂)双功能催化剂，低浓度CO₂的分离和浓缩过程。二氧化碳₂一般认为，催化一氧化碳需要使用铂或铑等过渡金属的催化剂，并且已经努力寻找高活性金属物种。不过，该技术不使用过渡金属，而是使用成分简单、主要由钠等碱金属和碱土金属组成的双功能催化剂。₂常规CO₂作为原料，未反应的CO₂是混合的，但是通过该技术，CO₂很少被包括在内。另外，通过改变氢气供给流量等，可以改变对合成气的组成重要的H₂/CO 比率。因此，通过将该技术与现有的合成气利用工艺相结合，可以减少废气和大气中的CO₂生产液体燃料和化学品。作为起始材料，这一过程的实现将极大地有助于创建碳中和社会。

这项技术的详细信息将于 2022 年 5 月 13 日发布在国际杂志上CO 杂志₂利用率

在日本，政府宣布“到 2050 年实现碳中和”，这意味着到 2050 年将温室气体排放总量降至零，二氧化碳₂需要大幅减少排放。为了实现这一目标，有必要通过提高现有工艺的效率来减少排放到大气中的二氧化碳。₂不仅抑制排放，还抑制二氧化碳₂作为资源并将其转化为燃料和化学品以供有效利用CCU工艺开发也很重要。其核心是CO₂将合成气转化为液体燃料和化学品的工艺已经建立，可以减少废气和大气中的二氧化碳含量。₂如果可以从10114_10152|中有效地生产合成气，二氧化碳就会被浪费在大气中₂生产液体燃料和化学品作为原材料（流程图）将被实现。

CO₂CO₂还原为一氧化碳逆移反应（CO₂+H₂→ CO + H₂O）。为了使该逆转移反应有效地进行，认为需要铂、铑、镍、铜等高活性的过渡金属作为催化剂成分。另外，发电厂、工厂的废气以及大气中所含的CO₂约为 400ppm (004%) 至 20%，CO₂采用化学吸收法浓缩至接近100%浓度。但由于这种分离浓缩所需的能源消耗和成本较高，₂生产合成气的技术无需经过分离或浓缩步骤。作为实现这一目的的一项措施，近年来CO₂正在引起人们的注意。

在AIST，我们正在致力于CCU催化剂和反应工艺的开发，并致力于开发低浓度CO₂是甲烷（CH₄) 转换为 (2021 年 2 月 25 日 AIST 新闻稿）。这项技术是CO₂和二氧化碳₂₂生产高浓度甲烷然而，由于甲烷的反应性较低，需要大量的能量来进一步将其转化为生产高附加值的化学品。即CO₂被认为主要用作天然气的替代燃料。在这项研究中，我们专注于合成气的生产，合成气可以很容易地添加，其价值比甲烷更高。

上一个 CO₂在转化研究中，探索高活性过渡金属的类型和混合比例对于开发优异的催化剂非常重要。然而，我们开发了一种基于碱金属和碱土金属（例如钠）的双功能催化剂，不使用过渡金属，而是使用 CO₂和吸收的CO₂为一氧化碳。通过使用双功能催化剂，这是革命性的，因为它不使用过渡金属，大气中二氧化碳的浓度₂生产合成气其成分适合液体燃料和化学品生产，无需经过分离或浓缩过程。

废气和大气中存在一氧化碳₂被催化剂本身选择性吸收，所吸收的CO₂生产合成气的双功能催化剂γ-阿尔₂O₃)钠/铝₂O₃准备好了。钠物质的前体是碳酸钠 (Na₂CO₃)。这种双功能催化剂的特点是不使用过渡金属，有望简化催化剂原料和制造工艺，从而降低成本。 60克该催化剂固定床反应器500℃充满CO₂的吸收和转化行为。首先，CO₂氮 (N₂)₂将浓度为 400 ppm (004%) 的水供应至反应器。催化剂上存在的钠物质的碳酸化反应 (Na₂O + CO₂→ 娜₂CO₃等）由于CO的进展₂被吸收，所以 CO₂泄漏（图1-①）。此后，催化剂无法再吸收CO₂逐渐泄露出去。接下来，供应氮气并且CO保留在反应器中₂后，我们开始供应氢气。当开始供氢时，一氧化碳立即释放出来（图1-②）。这是催化剂吸收的CO₂之间的反向转移反应造成的。和氢气。一氧化碳浓度瞬时值超过20%，CO₂达到了供给浓度的500倍以上。

上面吸收的二氧化碳₂我们研究了利用一氧化碳转化反应生产合成气的可能性。合成气是一氧化碳和氢气的混合物，是制造液体燃料和化学品的原料。当使用合成气时，不仅要考虑一氧化碳的浓度，还要考虑与未反应的氢气的摩尔比（H₂/CO 比率)很重要。例如，用于生产液体燃料费托合成H₂/CO比必须控制在2～3的范围内。因此，我们采集了图1-②中一氧化碳峰周围的出口气体作为样品，并分析了其成分。结果如图2所示。一氧化碳和氢气的浓度分别为145%和481%，H₂/CO比率为33。此外，作为副产品的甲烷和未反应的CO流出₂很小。收集到的出口气体中含有约30%的其他气体，主要是CO₂的氮气，没有产生不需要的成分。上述结果表明，通过适当控制一氧化碳的产生量和未反应的氢气量，₂/CO比率的合成气的可能性。在未来的研究中，我们将改进反应器形式和氢气流量等反应条件，以达到所需的H₂/CO的合成气。

1克钠/铝₂O₃类似二氧化碳₂进行了吸收/转化实验。此时反应温度为450℃，CO₂吸收时的CO₂假设工业领域排放气体，则设定为 5%。根据实验结果，CO被催化剂吸收₂转化成其他物质₂计算转化率和CO选择性，表明从产物中获得了多少一氧化碳。 CO₂表 1 显示了与之前进行吸收和转化为一氧化碳的研究的比较。 CO₂转化为一氧化碳时，通常需要使用具有高活性的过渡金属的催化剂，并且需要高反应温度的条件。在这项研究中，我们使用了一种成分极其简单、不使用过渡金属的双功能催化剂，在450℃的反应条件下（与之前的研究相比相对较低），我们实现了超过90%的高CO₂实现了转化率和CO选择性。

为了确认这种双功能催化剂的耐久性，我们使用上述 1 g 规模的实验装置在 450 °C 下测试 CO₂交替重复吸收（5%浓度）和转化为一氧化碳。在图3中，CO₂显示吸收量和一氧化碳生成量的变化。每个循环的 CO₂吸收量和一氧化碳产生量大致相同，催化剂吸收的CO₂以一氧化碳的形式释放而不积累。重复实验50个循环后，CO₂吸收和一氧化碳产量都很稳定，没有观察到明显下降。因此，Na/Al₂O₃双功能催化剂非常耐用，可以重复使用更长的时间。

综上所述，具有极其简单的组成（其中仅将钠物质分散在氧化铝载体上而不使用过渡金属）的双功能催化剂可用于降低大气中的CO浓度₂生产合成气的潜力。

未来我们将进行详细的反应机理分析，并根据结果，设计双功能催化剂的CO₂旨在进一步提高吸收量和一氧化碳生产率。另外，通过控制反应条件，可以得到所需的H₂/CO比率的合成气。

已出版的杂志：CO 杂志₂利用率
论文标题：综合 CO₂使用不含过渡金属的 Na/Al 捕获并选择性转化为合成气₂O₃双功能材料
作者：笹山友根、小坂文彦^*、Yanyong Liu、Toshiaki Yamaguchi、Shih-Yuan Chen、Takehisa Mochizuki、Atsushi Urakawa 和 Koji Kuramoto

◆合成气

一氧化碳 (CO) 和氢气 (H₂)为主要成分，目前主要由煤炭、天然气等化石资源制成。使用合成气生产液体燃料和有用化学品的反应工艺已经建立。因此，CO₂生产合成气的技术[返回来源]

◆双功能催化剂

CO₂和吸收的CO₂一般来说，CO₂和二氧化碳₂[返回来源]

◆CCU

二氧化碳捕获和利用的缩写。 CO，一种温室气体₂转化为燃料和化学品以供有效利用。[返回来源]

◆逆转移反应

用下面的化学反应式表示，CO₂的反应转化为一氧化碳，CO₂合成气
CO₂+H₂→ CO + H₂O
为了使该反应有效地进行，使用高活性过渡金属（例如铂、铑、镍和铜）的催化剂通常是必不可少的。反应温度越高，CO越多₂容易转化为一氧化碳。[返回来源]

◆固定床反应器

一种通过使气体或液体等反应流体流过填充有固体催化剂的容器来进行化学反应的装置。[返回来源]

◆费托合成

碳氢化合物（可用于以合成气为原料的液体燃料等的C_nH_2n+2)的反应，用下面的化学反应式表示。
nCO + (2n+1)H₂→ C_nH_2n+2 + nH₂O
使用该反应的工业规模工艺已经建立。以合成气为原料的H₂/CO比率优选为2至3左右。[返回来源]