最新刊期
      2025 年 第 50 卷 第 2 期

        C1化学与催化转化

      • 热催化CO2加氢制烯烃催化剂研究进展

        李华勇, 邢小芳, 林世源, 王阳, 吴明铂
        2025, 50(2): 1-14. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240197
        热催化CO<sub>2</sub>加氢制烯烃催化剂研究进展
        摘要：化石燃料大量消耗造成的碳排放导致大气中CO2浓度剧增，引起了一系列严峻的环境问题。捕集CO2并将其转化为高值化学品是重要的减碳途径之一。热催化CO2加氢制烯烃因其优异的CO2转化效率和产物产率而备受关注。改进费托路径和甲醇中间体路径是目前的主流工艺，前者主要基于Fe基催化剂，后者主要基于金属氧化物/分子筛复合催化剂。首先总结了近年来热催化CO2加氢制烯烃催化剂的研究进展，包括不同反应路径的反应机理、催化剂物化性质的调控策略，以及影响烯烃合成性能的关键因素。其次对CO2加氢制烯烃工艺的应用前景进行了展望，以期为该领域的研究提供参考。  
        关键词：CO2加氢;热催化;烯烃;Fe基催化剂;双功能催化剂   
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        更新时间：2025-02-27

      • DBD等离子体辅助甲烷无氧偶联技术研究进展

        殷冬冬, 张熙, 周隆昌
        2025, 50(2): 15-24. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240233
        DBD等离子体辅助甲烷无氧偶联技术研究进展
        摘要：传统甲烷热催化转化过程反应条件苛刻，而等离子体中的高能电子在低温条件下即可与甲烷分子碰撞生成自由基，并经重组反应生成C2烃和氢气等。介质阻挡放电（DBD）等离子体辅助甲烷无氧偶联因反应器结构简单且电场分布均匀，成为甲烷高价值利用的潜力技术。综述了DBD等离子体辅助甲烷无氧偶联技术的研究进展，对等离子体系中甲烷活化机理及反应过程进行了梳理，并从反应器结构、工艺参数和催化剂等角度出发，分析了影响甲烷转化率和产物选择性的关键因素，指出甲烷活化反应机理、等离子体与催化剂协同效应，以及反应器结构和工艺流程优化等是未来的重要研究方向。以上可为甲烷转化技术研究提供参考。  
        关键词：等离子体;甲烷转化;介质阻挡放电   
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        更新时间：2025-02-27
      • 舒东博, 陈海洁, 王晓斌, 闫妍琼, 吕岩, 王俊文, 丁传敏
        2025, 50(2): 25-30. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240168
        金属离子掺杂对Ni基复合氧化物结构调控及其催化甲烷部分氧化反应研究
        摘要：掺杂金属离子可调控复合金属氧化物中活性金属的配位环境并构造缺陷位，进而提高复合金属氧化物作为催化剂催化性能。利用溶胶凝胶法制备了掺杂Zn、Ce或Fe的Ni基复合氧化物催化剂，并用于催化甲烷部分氧化（POM）反应。采用XRD、N2物理吸/脱附、H2-TPR和XPS等方法对催化剂晶相结构、织构性质、还原性能和物种化学状态等进行了表征。结果表明，金属离子掺杂有效调控了Ni和活性氧物种的分布，其中，Ni0.76Ce0.24Cr2催化剂中Ce的掺杂增强了Ni与其他金属的相互作用 ，增大了催化剂表面活性氧物种数量，该催化剂在高温段（550~600 ℃）的H2选择性接近100%。  
        关键词：复合金属氧化物;甲烷部分氧化;物种分布;金属离子掺杂;产物选择性   
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        更新时间：2025-02-27

      • Cu/MoX催化剂的RWGS反应催化性能研究

        戴卉, 蒋洋洋, 周昌健
        2025, 50(2): 31-37. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240238
        Cu/MoX催化剂的RWGS反应催化性能研究
        摘要：逆水煤气变换（RWGS）反应不仅能够实现CO2转化，也是该转化过程生产CO的关键步骤，开发高效的RWGS催化剂具有重要意义。MoO3具有一定的RWGS催化活性，但存在CO2转化率低、活化反应温度偏高等问题。Cu具有良好的CO2催化加氢活性，常作为CO2加氢催化剂的活性相，在RWGS领域具有良好的应用前景。利用共沉淀法制备了Cu/MoCe、Cu/MoTi和Cu/MoGa催化剂，通过表征分析和活性测试对催化剂的物化性质及构效关系进行了探究。结果表明，在反应温度为500 ℃、n(H2):n(CO2)为4:1和空速为30000 mL/(g·h)时，Cu/MoCe催化剂活性相对最高，CO收率为47.9%。Cu/MoCe催化剂中更小的固溶体相CuMoO4晶粒尺寸、载体中形成的Ce-O-Mo不对称氧空位、Ce3+/Ce4+离子对之间的氧化还原循环，以及氧空位与活性相之间的协同作用共同促进了RWGS反应，使Cu/MoCe催化剂展现出较好的催化活性，为RWGS催化剂设计提供了新思路。  
        关键词：逆水煤气变换反应;Cu基催化剂;氧空位;CO2转化   
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        更新时间：2025-02-27

        低碳分子转化合成

      • 乙烯羰基化催化反应工艺研究

        王光永, 李荣, 姚佩, 丁明月, 王莉, 李克兵, 陈鹏
        2025, 50(2): 38-44. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240316
        乙烯羰基化催化反应工艺研究
        摘要：作为乙烯两步法制甲基丙烯酸甲酯（MMA）的重要步骤，乙烯羰基化制丙酸甲酯通常采用贵金属、膦配体与酸性助剂构成的均相催化体系，常用的酸性助剂磺酸有利于提升催化剂活性与稳定性，但同时也具有设备腐蚀与磺酸累积等工艺问题。通过优化催化体系，确定了维持乙烯羰基化反应性能所需的适宜磺酸添加量，并进一步引入了第二助剂替代磺酸。针对反应气氛与反应液组成、原料微量杂质以及反应釜体积等工艺开发的核心要素进行了影响评价，并探讨了该催化体系在乙烯高碳醇羰基化方面的应用潜力。结果表明，在反应温度100 ℃、操作压力1.2 MPa条件下，磺酸添加量（质量分数，下同）为0.0145%时，转化频率（TOF）达44400 h-1；反应液中磺酸添加量降低至0.0070%时，TOF显著降低至34868 h-1。维持磺酸添加量为约0.0070%，并引入添加量为0.0304%~0.0596%的第二助剂无助于乙烯羰基化反应性能的恢复。反应液中无磺酸添加、第二助剂添加量为0.0595%时，TOF降低至11941 h-1，但当第二助剂添加量提高到2.0125%时，TOF升至38758 h-1，反应后釜液无明显沉淀，催化剂稳定性良好（TOF均为反应3 h的平均值）。在一定范围内，CO体积分数和甲醇含量越高，乙烯羰基化反应速率越快。反应液中添加质量分数为0.1%的乙醇、反应气氛中添加体积分数为0.442%的H2，未对乙烯羰基化反应速率造成明显影响，可降低对原料中甲醇、乙烯和CO的纯化要求。反应釜体积由250 mL放大至1000 mL，反应3 h后，TOF与总转化数（TON）等反应指标基本一致，TON均约为130000，丙酸甲酯选择性均为99%以上。该研究可为乙烯羰基化反应工艺的开发提供借鉴。  
        关键词：羰基化;乙烯;催化剂;均相反应   
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        更新时间：2025-02-27

      • Pd单原子和Pd纳米颗粒协同催化肉桂醛加氢制苯丙醛

        任小敏, 赵芋衡, 马颖, 张啟霞, 马军, 刘岳峰
        2025, 50(2): 45-52. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240223
        Pd单原子和Pd纳米颗粒协同催化肉桂醛加氢制苯丙醛
        摘要：由于肉桂醛（CAL）分子中的两个不饱和化学键构成了复杂的共轭体系，CAL分子中的C==C和C==O键进行选择性加氢以生成所需产物是一项具有挑战性的工作。分别制备了Pd单原子、Pd纳米颗粒及Pd单原子和纳米颗粒共同负载在纳米金刚石（ND）的催化剂（分别为Pd1/ND（w(Pd) = 0.05%）、PdNPs/ND（w(Pd) = 0.25%）和Pd1+NPs/ND（w(Pd) = 0.25%）），并研究了Pd的几何和电子结构对催化剂催化CAL加氢性能的影响。通过HR-TEM、XRD和XPS等方法对ND进行了表征。结果表明，ND是一种表面含有丰富氧官能团且具有单原子锚定位点的高结晶度及高表面能的载体。同时利用HADDF-STEM、AC-TEM和XPS等方法对Pd1+NPs/ND的几何和电子结构进行了分析。结果表明，与Pd/C相比，Pd1+NPs/ND具有更高的n(Pdδ+)/n(Pd0)，进一步证实了Pd1+NPs/ND上Pd单原子和Pd颗粒共存。在反应温度为40 ℃、H2压力为1 MPa和n(Pd)/n(CAL)为0.023%的条件下，分别考察了Pd1+NPs/ND、Pd/C、Pd1/ND和PdNPs/ND对CAL加氢反应的催化性能。结果表明，Pd1+NPs/ND表现出远高于Pd/C的催化活性和苯丙醛（HCAL）选择性，Pd1/ND和PdNPs/ND均表现出较低的催化活性。因此，在Pd1+NPs/ND高效催化CAL加氢反应中，Pd单原子和Pd纳米颗粒之间存在协同效应。  
        关键词：Pd单原子;Pd纳米颗粒;纳米金刚石;肉桂醛加氢;协同催化   
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        更新时间：2025-02-27

      • 以CO2为羧基源温和高效制水杨酸类化合物

        郑修畅, 李国玲, 赵云, 倪中海, 陆诗建, 陆超
        2025, 50(2): 53-60. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240194
        以CO<sub>2</sub>为羧基源温和高效制水杨酸类化合物
        摘要：水杨酸类化合物是一种广泛用于医药、香料、染料、农药和橡胶助剂等精细化学品的重要原料。然而基于Kolbe-Schmitt反应，由CO2作为羧基源制备水杨酸类化合物时存在温度高、压力高、反应时间长和收率低等问题。提出了一种通过CO2羧化苯酚或4-取代基苯酚合成水杨酸类化合物的新方法。以KOH为脱质子碱，二甲苯为溶剂，Cs2CO3、K2CO3和2,4,6-三甲基苯酚钾盐（TMPK）为共催化剂，高效羧化苯酚和4-取代基苯酚制备水杨酸类化合物，并表征了各羧化产物的理化性质。系统考察了催化剂用量、CO2压力、温度、助催化剂用量、反应时间和反应底物等对苯酚和4-取代基苯酚羧化反应的影响，提出了碳酸盐与TMPK共催化合成水杨酸和5-取代基水杨酸可能的反应机理。结果显示，Cs2CO3 + TMPK的催化剂组合有效优化了反应条件，实现了温和条件（温度为120 ℃、 CO2压力为0.5 MPa、n(Cs2CO3):n(TMPK):n(原料)为1:1:1和反应时间为4 h）下CO2高效羧化苯酚（单程收率为60%）和4-取代基苯酚（单程收率为60%~90%）制备水杨酸类化合物。以该法合成的羧化产物邻位选择性高达100%。  
        关键词：Kolbe-Schmitt反应;CO2;Cs2CO3;2,4,6-三甲基苯酚;5-取代基水杨酸;羧化   
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        更新时间：2025-02-27
      • 赵丽娜, 张慧丹, 赵金仙, 任军
        2025, 50(2): 61-68. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240164
        Zr助剂含量对Cu/SiO<sub>2</sub>纳米管催化草酸二甲酯加氢制乙二醇反应性能的影响
        摘要：随着我国聚酯工业的迅猛发展，乙二醇（EG）需求量持续增大，使用助剂对Cu基催化剂进行改性已成为提高乙二醇产率的有效策略之一。采用一锅法制备了Zr助剂掺杂的Cu/SiO2纳米管催化剂用于草酸二甲酯（DMO）加氢合成乙二醇，采用XRD、N2吸/脱附、FT-IR、TEM、H2-TPR和XPS等对催化剂进行了表征，并重点考察了Zr助剂含量（n(Zr)/n(Cu)）对催化性能的影响。结果表明，适量Zr助剂（n(Zr)/n(Cu) = 0.05）的引入有利于活性组分Cu均匀分布在纳米管上，提高了Cu物种的分散度。此外，Cu与Zr之间的电子转移增强了金属之间的相互作用，有利于催化剂表面Cu+物种的稳定，进而提高催化剂的活性和稳定性。在反应温度为210 ℃、反应压力为2.4 MPa、原料n(H2)/n(DMO)为110、质量空速为0.405 h-1和反应时间为40 h条件下，Cu-Zr0.05/SiO2催化性能最佳，其DMO转化率和EG选择性分别达到99.1%和91.9%。  
        关键词：乙二醇;草酸二甲酯加氢;Zr助剂;Cu/SiO2纳米管   
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        更新时间：2025-02-27

        碳资源转化利用

      • 生物质烘焙预调质及其优化热解产物品质的研究进展

        陈颖, 刘鹏, 李艳玲, 孙堂磊, 雷廷宙
        2025, 50(2): 69-77. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240227
        生物质烘焙预调质及其优化热解产物品质的研究进展
        摘要：生物质储量丰富，是有望代替化石能源并减少碳排放的绿色可再生能源，但其氧含量大、水分含量大且分散度高导致了研磨性差、储运困难等一系列问题，使之资源化利用难。综述了国内外烘焙预调质（以下简称“烘焙”）优化生物质及其热解产物品质的研究进展，着重阐明了烘焙可改善生物质理化性质以及优化热解产物品质，并总结了烘焙起到的减排节能作用。烘焙改善了生物质的研磨能、热值和活化能等，有助于烘焙后生物质能源性能达到燃料煤水平。经过烘焙结合热解处理的生物炭比表面积增大，孔隙结构变得复杂，生物油氧含量及酸性物质含量减小，热解气可燃组分含量增大，产物品质均得到优化。对该技术的发展提出了建议，并对其应用潜力进行了展望，指出烘焙结合热解技术是替代煤炭制备清洁油品、炭材料和合成气的重要热转化技术之一，同时通过烘焙生物质结合煤炭热转化利用，提升煤炭清洁利用水平，可实现未来工业流程的低碳再造，为我国实现“双碳”目标、振兴乡村以及保障能源安全提供技术支撑。  
        关键词：生物质;烘焙;热解;理化性质;产物品质;减排节能   
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        更新时间：2025-02-27

      • 浆态床渣油加氢技术研究进展

        谢志翔, 李吉广
        2025, 50(2): 78-87. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240201
        浆态床渣油加氢技术研究进展
        摘要：浆态床渣油加氢技术是炼厂转型发展采用的重要手段，是渣油绿色高效利用的主要途径。其技术核心是确保沥青质等稠环芳烃高效转化，同时抑制缩合生焦，具体可通过反应条件优化、高性能催化剂开发、装置及流程优化等进行强化。近年来，浆态床渣油加氢技术发展迅速，并实现了工业化应用。从反应条件优化、高性能催化剂开发、装置及流程优化等角度，对浆态床渣油加氢技术研究进展进行了综述。相关研究通过对调和组分、反应温度和空速、催化剂、装置及流程等的优化，不同程度改善了高价值组分收率、技术经济性和装置操作周期。  
        关键词：渣油;沥青质;浆态床加氢裂化;高效转化;催化剂   
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        更新时间：2025-02-27

        绿色低碳化工技术

      • 煤炭低碳转化技术及CO2制化学品工艺研究进展

        陈文静, 徐兴堂, 冯杰, 李文英
        2025, 50(2): 88-99. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240377
        煤炭低碳转化技术及CO<sub>2</sub>制化学品工艺研究进展
        摘要：发展煤炭清洁高效转化技术，根本在于提高煤中有效元素C、H和O的利用率。而煤富含C元素，势必在利用过程中产生CO2，因此在煤炭加工利用过程中，通过化学反应耦合，将产生的CO2再利用制成有机化学品（如醇、醚、酸和酯等），无论是在煤化工技术领域，还是在有机合成化学领域都有重要的学术意义和显著的社会效益。从煤炭加工利用行业的碳排放特点出发，分别介绍了煤炭与可再生能源耦合，碳捕集、利用与封存以及CO2化学利用3种煤炭低碳转化技术。通过化学反应将煤炭加工利用过程中产生的CO2制成含氧化学品，不仅可以在保证原有工艺不被改变的基础上减少CO2的直接排放量，还可以生产人类社会所需的高附加值化学品，变“废”为宝。为此，重点论述了基于Aspen Plus模拟CO2制备甲醇、甲酸、二甲醚以及碳酸二甲酯等含氧有机化合物的最新化学工艺研究进展，总结了工艺流程的技术特点以及物质转化、能量利用和经济效益等性能参数，并根据先进的煤炭低碳转化技术提出了煤基CO2低碳转化新路径，致力于推动煤炭清洁转化技术耦合CO2化学再利用向工业应用发展。  
        关键词：煤炭高效转化;低碳技术;CO2化学利用;含氧有机化合物   
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        更新时间：2025-02-27

      • 整体式催化剂在CO-PROX反应中的设计及应用研究进展

        王晴, 李维国, 李智, 刘园园, 孙宗壮, 李晓旋, 脱永笑, 冯翔
        2025, 50(2): 100-112. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240259
        整体式催化剂在CO-PROX反应中的设计及应用研究进展
        摘要：CO优先氧化（CO-PROX）反应是燃料电池H2净化的关键步骤，对于提高燃料电池效率和减少有害排放具有重要意义。整体式催化剂因具有良好的热稳定性和抗聚集性、较低的压降、较高的机械强度和较好的传质传热特性而逐渐成为研究热点。综述了CO-PROX反应整体式催化剂（金属整体式催化剂、陶瓷整体式催化剂和3D打印聚合物整体式催化剂）的研究进展，重点分析了整体框架和催化剂涂层制备技术等对其催化性能的影响，并对比了不同类型CO-PROX反应整体式催化剂的优缺点。分析了CO-PROX反应整体式催化剂目前面临的挑战，并对其未来研究方向进行了展望。  
        关键词：CO优先氧化反应;整体式催化剂;燃料电池;整体框架;催化剂涂层   
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        更新时间：2025-02-27

        二氧化碳捕集与利用

      • 化学吸收法直接空气碳捕集技术研究进展

        李德强, 张琦, 淦思瑄, 李子龙, 刘雨珅, 刘巍, 徐贵玲, 赵传文
        2025, 50(2): 113-126. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240186
        化学吸收法直接空气碳捕集技术研究进展
        摘要：直接空气碳捕集（DAC）技术是一种具有良好应用前景的负碳排放技术，而化学吸收法DAC技术是该领域的研究热点之一。针对化学吸收法DAC技术的二氧化碳吸收剂开发、二氧化碳吸收塔改进和二氧化碳吸收工艺优化等方面的研究进展进行了综述。介绍了强碱溶液、胺溶液、氨基酸盐溶液和离子液体作为二氧化碳吸收剂的反应过程和反应机理，阐述了层流塔、开孔泡沫交换器、板式空气接触器和生物质碳材料界面反应器等二氧化碳吸收塔的运行性能和改造情况，分析了余热利用和能源引入等工艺优化方案对化学吸收法DAC系统的影响，总结了化学吸收法DAC系统的技术经济性和碳效率分析研究结果，并对化学吸收法DAC技术未来的发展进行了展望。  
        关键词：直接空气碳捕集;化学吸收法;工艺优化;技术经济性分析;碳效率   
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        更新时间：2025-02-27

      • 新型钙铜-联合循环燃烧后CO2捕集技术的工艺模拟与分析

        高李帆, 郑雅文, 何松, 杨智, 王珺瑶, 曾雪兰
        2025, 50(2): 127-136. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240185
        新型钙铜-联合循环燃烧后CO<sub>2</sub>捕集技术的工艺模拟与分析
        摘要：碳捕集、利用与封存（CCUS）技术是实现CO2减排的重要技术，然而捕集能耗较高是限制CCUS技术大规模推广的重要问题之一。为降低捕集能耗，针对钙铜循环CO2捕集技术中朗肯循环回收高品位余热效率较低的问题，提出了一种新型钙铜-联合循环燃烧后CO2捕集技术。以水泥厂烟气为捕集源，采用Aspen Plus软件搭建模型进行流程模拟，对典型钙循环水泥厂集成系统（系统I）、传统钙铜循环水泥厂集成系统（系统II）和新型钙铜-联合循环水泥厂集成系统（系统III）进行了热力性能与经济成本分析，并研究了部分操作参数对系统III热力性能的影响。结果表明，在90%碳捕集率、针对单位质量CO2时，系统III减排CO2的一次能源消耗为-0.87 MJ/kg，系统III减排成本为265.8 CNY/t；与系统I和系统II相比，系统III减排单位质量CO2的一次能源消耗分别减少了2.91 MJ/kg和2.00 MJ/kg，减排成本分别降低了42.67%和41.41%；在一定条件下，降低CO2捕集率、提升煅烧器温度或提升空气反应器温度，均可降低系统III减排能耗；当空气反应器温度为950 ℃时，压力为1.5 MPa可使系统III达到最低能耗（-0.87 MJ/kg）。  
        关键词：CO2捕集;钙铜-联合循环;集成系统;减排   
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        更新时间：2025-02-27

        水合物技术

      • 气体水合物分子动力学模拟研究进展

        张少冬, 夏宇, 张志兴, 李泓锐, 敬加强
        2025, 50(2): 137-147. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240196
        气体水合物分子动力学模拟研究进展
        摘要：分子动力学模拟作为研究微观动力学的重要手段，被广泛应用于气体水合物研究。综述了气体水合物分子动力学模拟研究进展，重点包括模拟方法、评价参数和应用现状。选择适当的力场模型、系综和边界条件对于准确模拟水合物生成过程至关重要。关键的评价参数包括角序参数、水合物笼子数、径向分布函数、均方位移和扩散系数等。分子动力学模拟在研究水合物成核机理和单一添加剂作用机理方面发挥了重要作用。未来研究应进一步探究不同水合物添加剂的协同作用机理，充分利用分子动力学模拟为新型水合物添加剂的研发提供支持和指导，以提升水合物相关技术的应用水平和环保性能。  
        关键词：水合物;成核;添加剂;分子动力学   
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        更新时间：2025-02-27
      • 王芳, 安晓圣, 穆金池, 冷帅, 张瑞阳, 郭利红, 周莹
        2025, 50(2): 148-156. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20240200
        低压下碳纳米管用于水合物法捕集烟道气中CO<sub>2</sub>动力学机制研究
        摘要：水合物法作为低能耗CO2捕集技术，具有良好的应用前景。然而水合物法捕集CO2目前还存在CO2水合物生长速率较慢和CO2捕集效率较低等问题。通过结合第一性原理、蒙特卡洛模拟和动力学实验，研究了较低初始压力（0.50~4.50 MPa）下，碳纳米管用于水合物法捕集烟道气中CO2的动力学机制和捕集性能。结果表明，对于气体组成（体积分数计）为20% CO2 + 80% N2的烟道气，在0.10~0.50 MPa下，双壁碳纳米管可通过分子间范德华力优先吸附CO2，且CO2吸附量和CO2选择率均在0.80 MPa附近达到峰值。综合考虑，由质量分数为0.01%的多壁碳纳米管和物质的量分数为4%的四氢呋喃组成的复合促进剂体系在2.50 MPa下表现出较好的捕集性能，其CO2储气量为(3.54 ± 0.28) mmol/mol，诱导时间为(24.33 ± 1.53) min，CO2捕集效率为76.75% ± 5.49%。  
        关键词：CO2捕集;水合物法;碳纳米管;复合促进剂体系;动力学机制   
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        更新时间：2025-02-27
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