《微波-溶膠微界面耦合強化CO2甲酯化固定的研究》是依託重慶大學，由范興擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微波-溶膠微界面耦合強化CO2甲酯化固定的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：范興
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
CO2甲酯化固定制碳酸二甲酯是發展前景可觀的化學固碳技術之一。催化劑界面活性弱、傳質效率低是CO2甲酯化固定技術目前發展的瓶頸。開發複合催化劑與發展過程強化技術是突破瓶頸的兩條重要研究思路。本項目擬開發新型溶膠催化劑，構建離子液體分子-納米催化劑膠粒-微米懸浮顆粒多尺度複合的新型催化體系，發展微波-溶膠耦合的過程強化新技術，提高CO2甲酯化固定反應效率。研究體系中催化劑微納界面結構與微波-溶膠微界面耦合作用的構效關係；考察離子液體分子對CO2溶解度及體系吸波選擇性的影響；考察微米懸浮顆粒對流場介觀聚集態作用以及CO2-甲醇-催化劑共碰撞幾率的影響；考察巨觀流場結構對反應物-微波-催化劑耦合作用的影響；結合模擬計算，調控多尺度複合反應體系中微波能傳遞與物質傳遞行為，提高多場耦合過程強化的效率。相關成果可為實現CO2固定、轉化與利用的高效綠色工藝提供理論支持。
結題摘要
碳酸二甲酯（DMC）是重要的化工原料。將工業廢氣二氧化碳直接與甲醇酯化來製備DM，工藝簡單，綠色環保，是一條有前途的化學固碳途徑。為克服目前直接法合成中普遍存在的催化劑活性低、氣固相傳質效率低等瓶頸，本項目系統重點關注催化劑微納界面結構與微波-溶膠微界面耦合作用的構效關係。研究工作主要取得幾方面進展： （1）搭建了間歇型高壓反應裝置、微波連續反應裝置、以及電強化DMC合成等催化劑反應實驗裝置。 （2）研究探索了通過霧化法抑制團聚、TiO2納米陣列負載等手段提高磷鎢酸\鈰鈦固溶體系催化劑的結構活性。結果表明，霧化法所得催化劑顆粒團聚顯著減少；負載到TiO2納米陣列後，單位質量催化劑活性組分上的反應通量提高6倍。 （3）研究通過將PEG與BMim系離子液體共熔製備出一類新型的有機離子液體型催化劑PEGIL。其可以在較低的初始壓力條件下有效催化CO2與甲醇直接反應生成DMC。離子液體的催化作用是咪唑環陽離子對CO2中心原子的活化作用導致的。PEG鏈則促進了CO2與咪唑環的分子相親性。 （4） 研究發現，在微波作用下，離子液體可與無機鹼催化劑有效耦合，在低壓下直接催化甲醇和二氧化碳合成DMC。進一步研究表明，反應瓶頸並不是甲氧基生成，而是CO2的活化。如果CO2並沒有被充分活化，將轉而縮合形成二甲醚。這表明CO2與電場的耦合需要藉助極性液相介質。而離子液體則扮演了這一角色，從提高了微波輻射活化反應中間體的效率。 （5）作為拓展，研究考察了系列納米有序結構的氧化物在生長及催化過程中的非線性動力學機制，並建立動力學方程組，闡釋了由於擴散反應耦合導致形成納米有序陣列氧化物結構以及由於過渡金屬離子的自催化作用導致電化學振盪的非線性動力學機制試圖為氧化物催化劑的製備和套用提供新的思路。本項目研究共發表學術論文14篇（SCI 8篇），申請相關專利3項（已授權2項）。參加國內學術會議5次，做口頭報告2次。日本RIKEN Center for Sustainable Resource Science研究員Ryuhei Nakamura（PI）由於對本課題組研究成果氧化物催化劑機理方面的研究非常關注，主動聯繫來訪交流並講學1次。培養碩士生6名。
