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甲醇合成工藝,在碳和矽中可再生

作者:陳講運清潔能源
甲醇合成工藝,在碳和矽中可再生

在工業生産中甲醇(CH3OH),碳原子通常來源于甲烷(CH4)主要來自石油、天然氣和頁岩礦床。一種從甲酸(HCOOH)制備甲醇的新政策,而甲酸又來源于CO2由NIMBE / LCMCE的團隊提出。該工藝使用矽烷化甲酸鹽(HCOO-Si-R)的歧化*。-3)為甲氧基矽烷(CH3-O-Si-R型3),由钌配合物催化的反應。然後通過簡單的水解獲得甲醇。是以,以高效率(>70%)獲得甲醇水溶液(>1ml)。此外,還表明反應的矽化副産物可以用廉價且容易獲得的試劑回收。這使得該過程具有可持續性和環保性。

世界人口增長的需求、碳基化石燃料的枯竭及其對全球變暖的貢獻要求能源和化學部門進行範式轉變:目标是通過使用可再生材料作為原材料的來源和儲備來關閉基本原材料(碳、矽等)的循環。由于其高度氧化的性質,碳排放(CO2或生物質廢物)轉化為化學品或燃料需要開發有效的還原方法來形成富含能量的 C-H 鍵,例如在化石碳氫化合物中發現的鍵。

NIMBE/LCMCE團隊剛剛展示了一種生産甲醇的工藝,甲醇是工業化學品(甲醛、乙酸或輕質烯烴)的重要前體,也是一種很有前途的儲能應用分子,其材料有助于回收一氧化碳2以及矽行業的廢物。本着可持續發展的精神,研究工作旨在獲得一種過程,其中反應的不良副産物也易于回收。

UMR NIMBE的LCMCE團隊提出了第一種工藝,将甲酸高效催化歧化*轉化為甲醇[1];甲酸可由CO電還原制得2或來自生物質。一種高效的催化劑,即钌(II)配合物,在THF中含有50%的甲醇溶液,實作了高收率。然而,這種歧化反應與熱力學平衡分别接近 33 和 36 KJmol 的脫氫反應競争-1每摩爾甲酸)。

甲醇合成工藝,在碳和矽中可再生

不同的甲醇生産途徑:

  • 在高溫(~850°C)和壓力(1至2MPa)下通過電還原和加氫進行

    工業過程。

  • 甲酸歧化 [1]
  • 甲酸矽烷化歧化 [2]

為了克服這一内在限制,該團隊提出了一種新的替代方法,使用矽烷化甲酸鹽,即使用矽氧烷産生的廢物。該工藝包括HCOO-SiR矽烷化甲酸酯的高産率催化歧化3在甲氧基矽烷CH中3-O-SiR3和一氧化碳2,随後釋出了 CH3水解不含OH。已經測試了各種钌基催化劑的甲酸矽烷化歧化,該步驟的産率超過75%。通過單獨的反應,還表明通過與甲酸反應回收生成的含矽副産物(圖2),進而關閉Si循環,進而重新獲得矽烷化甲酸酯。

甲醇合成工藝,在碳和矽中可再生

碳和矽環的閉合和反應效率:

a) HMDSO(或六甲基二矽氧烷:O[Si(CH3)3]2) 矽烷化 2b 甲酸酯:HCOOSi(CH3)3.(在圖中,HMDSO以擴充方式表示:我3SiOSiMe(西奧西米酒店)3,稱我為甲基CH部分3)

(b) 通過甲酸矽烷化歧化和水解對整個甲醇生産過程進行評估。括号中的産量是指産品未分離的情況。[a] 通過歧變和水解分離産物的總産率。

這些結果表明,甲酰基取代甲酸上的質子會短路甲酸的脫氫反應,并為生産高産率、全局氧化還原中性和操作簡單的甲醇提供了另一種歧化途徑。是以,這種與矽基齒輪箱的化學反應有助于開辟一條新的可再生途徑,回收矽烷化甲酸鹽以生産甲醇。編譯 陳講運