化学工程师将二氧化碳转化为有用的工业材料

来自悉尼新南威尔士大学的化学工程师已经开发出新技术，帮助将有害的二氧化碳排放转化为化学积木，以制造有用的工业产品，如燃料和塑料。如果在工业环境中得到验证并大规模采用，这一过程可能会在世界向绿色经济过渡的过程中给世界带来喘息的空间。

在今天发表在“先进能源材料”杂志上的一篇论文中，新南威尔士大学化学工程学院的Rahman Daiyan博士和Emma Lovell博士详细介绍了一种创造纳米颗粒的方法，这种纳米颗粒可以促进将废弃的二氧化碳转化为有用的工业零部件。

研究人员在“科学家”罗斯·阿迈勒教授领导的粒子与催化研究实验室开展了这项工作，他们发现，通过使用火焰喷雾热解(FSP)技术在非常高的温度下制造氧化锌，他们可以制造出纳米颗粒，作为催化剂将二氧化碳转化为合成气-一种氢气的混合物，并用于工业产品的制造。研究人员说，与目前可用的方法相比，这种方法更便宜，更能满足重工业的要求。

洛维尔博士说：我们使用燃烧温度为2000华氏度的明火制造氧化锌纳米颗粒，然后利用电能将二氧化碳转化为合成气。

合成气通常被认为是乐高的化学等价物，因为氢和一氧化碳这两个组成部分可以不同的比例用于制造合成柴油、甲醇、酒精或塑料等非常重要的工业前体。

因此，从本质上说，我们正在做的是将二氧化碳转化为这些前体，这些前体可以用来制造所有这些重要的工业化学品。

戴燕博士说，在工业环境中，可以使用含有FSP产生的氧化锌颗粒的电解槽将废二氧化碳转化为有用的合成气排列。

从发电厂或水泥厂排出的二氧化碳可以通过这个电解槽，在里面我们有一个电极形式的火焰喷涂的氧化锌材料。他说，当我们把废旧的二氧化碳排入时，它是用电力处理的，然后以一氧化碳和氢的混合物的合成气的形式从出口释放出来。

研究人员说，实际上，他们正在关闭工业过程中产生有害温室气体的碳循环。通过对FSP技术燃烧纳米颗粒的方式进行微小调整，他们可以确定二氧化碳转化产生的合成气体积木的最终混合物。

戴燕博士说，目前你用天然气生产合成气--也就是用化石燃料生产合成气。但是我们正在利用废弃的二氧化碳，然后根据你想在哪个行业使用它，将其转化为合成气。

例如，一氧化碳和氢气之间的比例为1：1，这就使得合成气可以用作燃料。但戴燕博士说，四份一氧化碳和一份氢气的比例适合制造塑料。

在选择作为催化剂时，研究人员确保了他们的解决方案仍然是这个领域以前尝试过的一种更便宜的替代方案。

戴燕博士说，过去的尝试都使用了昂贵的材料，如钯，但这是第一次将澳大利亚当地开采的一种非常便宜、储量丰富的材料成功地应用于废物二氧化碳转化的问题。

Lovell博士补充说，这种方法吸引人的另一个原因是使用FSP火焰系统来创建和控制这些有价值的材料。

她说：这意味着它可以工业化使用，可以规模化，制作材料非常迅速，非常有效。

我们不需要担心使用非常昂贵的金属和前体的复杂合成技术-我们可以燃烧它，在10分钟内就可以把这些颗粒准备好。通过控制燃烧方式，我们可以控制所需合成气积木的比例。

虽然这两家公司已经建造了一台电解槽，并用含有污染物的二氧化碳废气进行了测试，但将这项技术推广到可以转化发电厂排放的所有二氧化碳的地步，仍有一段路要走。

我们的想法是，我们可以利用二氧化碳的点源，比如燃煤发电厂、燃气发电厂，甚至是天然气矿山，在那里你可以释放大量的纯二氧化碳，我们可以在这些工厂的后端基本上改造这项技术。然后，你可以捕获产生的二氧化碳，并将其转化为对工业有巨大价值的东西，洛维尔博士说。

该小组的下一个项目将是在烟气环境中测试他们的纳米材料，以确保它们对恶劣条件和工业气体中发现的其他化学物质具有耐受性。更多信息：Rahman Daiyan等人，发现用于可控合成气体生产的工程氧化锌电催化剂中的原子尺度稳定性和反应性，先进能源材料(2020)。doi：10.1002/aenm.202001381