江南大学实现二氧化碳一步合成乙醇

　　5月18日 ，从江南大学传出消息 ，该校化学与材料工程学院刘小浩教授团队实现了二氧化碳(CO?)一步合成乙醇 。相关研究成果发表于《美国化学会·催化》 。

 

　　刘小浩团队经过持续5年攻关 ，创新性地采用结构封装法 ，精准构筑双钯活性位点—纳米“蓄水”膜反应器 ，实现了二氧化碳在温和条件下一步近100%选择性转化为乙醇 。

 

　　乙醇是重要的基础化学品 ，还可转化为乙烯和下游高价值化工产品。在乙醇制备方面 ，工业上一般采用粮食发酵法和煤基乙醇技术 。粮食发酵法制备乙醇不可避免出现“与人争粮”的局面 ；煤基乙醇工艺路线复杂 ，制造过程中产生大量的二氧化碳 。

 

　　近年来 ，国际上虽已开发出多种途径将二氧化碳转化为乙醇 。在连续流固定床反应器中制备乙醇 ，由于其便捷的物质流和能量流管理 ，更容易实现工业应用 。文献虽然已经报道了在连续流固定床反应器中合成乙醇 ，但采用单一催化剂一步合成乙醇 ，存在选择性低 、容易发生副反应等问题 ，目前的技术无法实现可控精准增碳定向生成乙醇 ，易产生大量低价值的副产物 。刘小浩介绍说 ：“因此 ，一定发考虑开发全新的催化体系来突破这一关键技术难题 。”

 

　　该团队合成的催化剂结构类似于一个胶囊，其胶囊内部封装了二氧化铈载体分散的双钯催化剂 。据刘小浩介绍 ，胶囊的壳层具有高选择性 ，疏水修饰后 ，可将反应过程中生成的水富集在内 ，使双钯催化剂处于富水蒸气反应环境 ，从而解决了催化剂稳定性问题 ；乙醇作为反应产物可持续生成 ，并通过扩散离开纳米膜反应器 。

 

　　该催化剂能够在3兆帕 、240℃的温和条件下 ，在固定床反应器中二氧化碳加氢连续流一步高效稳定制乙醇 。该催化工艺路线简单 ，可在单催化剂单反应器中一步完成 ，乙醇选择性接近100% ，无副产物生成 ，大幅降低了过程分离能耗 。

 

　　据了解 ，科研团队基于前期研究基础 ，构筑的双钯活性位点 ，具有独特的几何和电子结构 。其邻近的钯位点和富电子特性有利于促进中间物种碳—氧键解离和随后的碳—碳偶联 ，从而实现二氧化碳加氢定向生成单一高价值产物乙醇 。

 

　　刘小浩表示 ，科研团队下一步研究重点将围绕改进催化剂制备技术 ，在保证乙醇近100%选择性的前提下 ，获得更高的二氧化碳单程转化率 ，以及更优异的催化剂稳定性 。同时 ，他们计划开展催化剂规模放大研究 ，进行中试 ，并尽早将该技术推向工业应用 ，为二氧化碳高价值利用和实现国家“双碳”目标提供技术支持 。

 

　　刘小浩表示 ，该项工作的突破性进展奠定了二氧化碳精准催化增碳的理论基础 ，为以温室气体二氧化碳为原料定向合成碳二平台分子 ，实现碳二化学高值化利用开辟了新的途径和方向。