Trong nh?ng n?m g?n ?ay, s? gia t?ng l??ng khí th?i CO2 toàn c?u hàng n?m ?? và ?ang là m?i ?e d?a nghiêm tr?ng ??i v?i m?i tr??ng sinh thái n?i con ng??i sinh s?ng. (?? có 410 ppm vào n?m 2018 - d? li?u t? Tr?m giám sát khí nhà kính c?a Qu?n ??o Hawaii và Mauna Loa c?a C?c Qu?n ly Khí quy?n và ??i d??ng Qu?c gia). Do ?ó, vi?c thu gi?, l?u tr? và chuy?n hóa(chǎn) CO2 ?? nh?n ???c s? quan tam r?ng r?i c?a các nhà nghiên c?u. Toyota Central Research ?? s? d?ng n??c và carbon dioxide làm nguyên li?u ?? t?ng h?p các ch?t h?u ích b?ng cách s? d?ng ánh sáng m?t tr?i, và hi?u su?t chuy?n ??i n?ng l??ng ?? t?ng lên m?c 4,6% cao nh?t trên th? gi?i. BASF ? ??c chuy?n carbon dioxide thành v?t li?u polyme cacbonat v?i m?t lo?t các ?ng d?ng. Bayer có th? s? d?ng carbon dioxide trong khí th?i t? các nhà máy nhi?t ?i?n làm nguyên li?u chính ?? s?n xu?t v?t li?u polyurethane. Có m?t th? tr??ng ch?t xúc tác ?n ??nh ?? s?n xu?t cacbonat, nh?ng vi?c s? d?ng CO2 v?n ch?a ??. Vi?c chuy?n ??i nhiên li?u hydrocacbon v?n ?ang trong giai ?o?n nghiên c?u ?ng d?ng c? b?n. K? ho?ch 5 n?m l?n th? 13 c?a Trung Qu?c và Tuyên b? chung Trung-M? v? bi?n ??i khí h?u ?? ??a “gi?m thi?u carbon” tr? thành m?c tiêu xay d?ng, khuy?n khích chuy?n ??i nhiên li?u d?a trên CO2. Và ??a nó vào K? ho?ch ??c bi?t Nghiên c?u C? b?n Qu?c gia 5 n?m l?n th? 13 (Guo Ke Fa Ji [2017] S? 162). Vi?c s? d?ng n?ng l??ng m?t tr?i ?? chuy?n ??i CO2 và n??c v?i chi phí th?p và d?i dào thành nhiên li?u hydrocacbon v?i kh? n?ng l?u tr? thu?n ti?n, c?ng ngh? hoàn thi?n, l?nh v?c ?ng d?ng r?ng r?i và nhu c?u r?t l?n là c?ng ngh? chuy?n ??i hóa(chǎn) ch?t b?ng n?ng l??ng m?t tr?i xanh.

Trong b?i c?nh ?ó, m?c dù ?? có r?t nhi?u c?ng trình nghiên c?u v? l?nh v?c kh? CO2 trong và ngoài n??c, nh?ng r?t nhi?u c?ng trình ?? nh?n th?y s? chuy?n hóa(chǎn) CO2 t? góc ?? thi?t k? v?t li?u, ch?ng h?n nh? xúc tác bán d?n ?? s?n xu?t hydro xúc tác ho?c suy thoái ch?t h?u c?. ?? ch?n l?c c?a ph?n ?ng ho?c s?n ph?m xúc tác ???c quy ??nh (Adv. Mater. 2018, 30, 1704663). Tuy nhiên, vi?c th?c hi?n ph?n ?ng xúc tác và ki?m soát quá trình v?n ch?a ?? chín mu?i. Các h? th?ng ph?n ?ng ???c h?u h?t các nhà nghiên c?u s? d?ng là thi?t b? và h? th?ng phan tích “bán tùy ch?nh” phi tiêu chu?n. Do ?ó, tác gi? tin r?ng thi?t k? v?t li?u là quan tr?ng, và h? th?ng ph?n ?ng thích h?p và ph??ng pháp ?ánh giá quan tr?ng h?n. H? th?ng ph?n ?ng ?? c?p ??n các ?i?u ki?n m?i tr??ng c?n thi?t cho ph?n ?ng kh? CO2, ch?ng h?n nh? ánh sáng, ?i?n, dung d?ch, nhi?t ??, áp su?t, v.v.; ph??ng pháp phát hi?n ?? c?p ??n tr?ng thái c?a s?n ph?m (ch?ng h?n nh? khí ho?c ch?t l?ng, ?? ch?n l?c, n?ng ??), và hi?u su?t chuy?n ??i cacbon, hi?u su?t photon Ch?.

Trong s? m?t s? chi?n l??c gi?m CO2 xúc tác kh? thi, ch?ng h?n nh? xúc tác quang, xúc tác quang ?i?n, xúc tác quang nhi?t và xúc tác nhi?t, m?i ph??ng pháp ??u có nh?ng ?u ?i?m riêng. Các k? thu?t quang hóa(chǎn) kh? CO2 và chuy?n hóa(chǎn) nó thành nhiên li?u hydrocacbon có l?i cho con ng??i là ??c bi?t h?p d?n. B?i vì nó có th? ???c th?c hi?n ? nhi?t ?? và áp su?t bình th??ng, tác d?ng hi?p ??ng c?ng có th? x?y ra ? nhi?t ?? và áp su?t c? th?. N?ng l??ng c?n thi?t có th? ???c cung c?p tr?c ti?p ho?c gián ti?p b?i n?ng l??ng tái t?o nh? n?ng l??ng m?t tr?i và carbon có th? ???c tái ch?.

Hình 1 Lò ph?n ?ng xúc tác ? d?ng Batch và Flow (Chem. Asian J. 2016, 11, 425 - 436)

Có hai cách ?? xay d?ng lò ph?n ?ng (nh? trong Hình 2). M?t là lò ph?n ?ng th? tích c? ??nh, trong ?ó m?t nguyên li?u th? ph?n ?ng nh? CO2, H2 ho?c H2O, ch?t xúc tác ho?c ch?t xúc tác ???c ??t vào lò ph?n ?ng và ph?n ?ng ???c th?c hi?n b?ng cách ??a ánh sáng, ?i?n, nhi?t ho?c nh?ng th? t??ng t? vào ch?t xúc tác. . Ph??ng pháp th? hai là Ph??ng pháp dòng ch?y, là m?t quá trình trong ?ó khí c?p ???c ??a vào lò ph?n ?ng v?i m?t t?c ?? nh?t ??nh và sau m?t th?i gian ph?n ?ng nh?t ??nh, s? ch?y ra kh?i lò ph?n ?ng. Nghiên c?u cho th?y v?t li?u c?a lò ph?n ?ng th??ng ???c chia thành polytetrafluoroethylene, th?y tinh th?ch anh, thép kh?ng g?. PTFE có ?u ?i?m là ?? b?n cao, ch?ng ?n mòn và niêm phong t?t, nh?ng có gi?i h?n nhi?t ?? th?p, nói chung là 250 ??. Lò ph?n ?ng th?ch anh có ?u ?i?m là ch?u nhi?t ?? và ch?ng ?n mòn, nh?ng giòn và có ?? b?n nén th?p. Lò ph?n ?ng b?ng thép kh?ng g? kim lo?i có ?u ?i?m là ch?u áp su?t và d? gia c?ng, nh?ng d? ph?n ?ng v?i các ch?t ph?n ?ng. B?n có th? ch?n lò ph?n ?ng phù h?p v?i nhu c?u c?a mình. ??ng th?i, ?? k?p th?i ??a ho?c l?y khí ho?c s?n ph?m ra, m?t vài l? trong thi?t k? lò ph?n ?ng nên ???c m? ?? t?o ?i?u ki?n thu?n l?i cho vi?c b?m nguyên li?u.

Ngoài ra, các d?ng ph?n ?ng ph? bi?n h?n là ph?n ?ng r?n-l?ng: trong lò ph?n ?ng, dung d?ch b?o hòa khí CO2 ???c s? d?ng làm nguyên li?u th?, ho?c ch?t ?i?n phan ???c b?m vào lò ph?n ?ng kh? xúc tác ?i?n (Hình 2). C? ch? ph?n ?ng n?i t?i c?a quá trình ?i?n phan carbon dioxide liên quan ??n m?t con ???ng ph?c t?p c?a ranh gi?i ba pha r?n-l?ng. Do ?ó, thi?t k? h?p ly v? hình h?c ch?t xúc tác cho phép có càng nhi?u v? trí ph?n ?ng càng t?t ?? thúc ??y s? chuy?n giao proton và ?i?n t? t?i b? m?t phan cách.

Hình 2 Gi?n ?? ph?n ?ng r?n-khí và r?n-l?ng (Chem. Commun., 2016, 52, 35–59)

Hình 3 S? ?? c?a lò ph?n ?ng kh? CO2 quang ?i?n t? (J. Photon. Energy. 2017, 7 (1), 012005)

Vi?c x? ly ch?t xúc tác trong lò ph?n ?ng là khác nhau tùy thu?c vào hình thái c?a v?t li?u. Ví d?, v?t li?u b?t có th? ???c ??t trên b? m?t c?a th?y tinh th?ch anh; v?t li?u phim có th? ???c ??t trong lò ph?n ?ng b?ng cách g?p, ??c l?, v.v.; v?t li?u r?i (g?m x?p) có th? làm t?ng t?c ?? ti?p xúc gi?a khí và ch?t xúc tác b?ng cách dòng khí ?i qua ?? nh?n CO2 Kh?i ph?c.

L?a ch?n ngu?n sáng: Vi?c l?a ch?n ngu?n xúc tác ph?n ?ng c?ng r?t quan tr?ng. R?t ?áng ?? các nhà nghiên c?u l?u tam ??n v?n ?? m?t ?? c?ng su?t quang hi?u d?ng. Do ?ó, ngu?n sáng ???c mua, ch?ng h?n nh? ?èn xenon, th??ng có c?ng su?t nhà máy l?n h?n m?t vài c??ng ?? ánh sáng m?t tr?i (m?t m?t tr?i t??ng ???ng v?i 1 kW / m2). Do ?ó, nó có th? ???c ?i?u ch?nh b?i m?t b? l?c gia nhi?t. Tr??c khi thi?t k? ph?n ?ng, c?n s? d?ng ??ng h? ?o c?ng su?t quang ?? ki?m tra giá tr? th?c t?. C??ng ?? c?a ngu?n sáng ?? s? d?ng.

?ánh giá s?n ph?m: ?ánh giá s?n ph?m xúc tác là ph?n cu?i cùng và quan tr?ng nh?t c?a toàn b? h? th?ng. Các s?n ph?m ???c l?y th??ng ???c phan lo?i thành ngo?i tuy?n (th??ng ???c g?i là "lo?i kim") và phát hi?n tr?c tuy?n (tr?c tuy?n). Tùy thu?c vào b?n ch?t c?a s?n ph?m xúc tác, thi?t b? phát hi?n nói chung có s?c ky khí, kh?i ph? và s?c ky l?ng. Các giáo s? nh? Giáo s? Ye jinhua, Ozin, Zou zhigang, Yang peidong, Li can, Xie yi, Wu lizhu, và Wang xinchen ???c s? d?ng r?ng r?i.

Bài báo này t?p trung vào s?c ky khí, thi?t b? ph? bi?n nh?t ???c s? d?ng trong các nghiên c?u g?n ?ay. Các thành ph?n c?t l?i th??ng bao g?m máy dò, c?t, b? l?c khí mêtan, van sáu chi?u và vòng l?p. Máy dò th??ng s? d?ng hai lo?i (máy dò ng?n l?a hydro) FID và (máy dò vùng nhi?t) TCD. FID có th? phát hi?n ch?t h?u c? ch?a carbon v?i ?? nh?y cao, trong khi TCD có th? phát hi?n t?t c? các h?p ch?t, bao g?m hydro, carbon monoxide, carbon dioxide, v.v., nh?ng v?i góc nh?y (~ 1000 ppm). Do ?ó, h?u h?t các nhà nghiên c?u ch?n l?p ??t máy dò FID, và CO2 ho?c CO d? trong quá trình ph?n ?ng có th? ???c phát hi?n b?ng lò chuy?n ??i v?i ch?t xúc tác niken. Quan tr?ng h?n, sau khi s?n ph?m ???c hóa(chǎn) h?i, các c?t s? d?ng trong dòng khí mang c?ng khác nhau, ?i?u này ?nh h??ng ??n ?? nh?y phát hi?n. Ví d?, máy dò FID th??ng s? d?ng c?t mao qu?n và máy dò TCD s? d?ng c?t TDX01. Nh? th? hi?n trong thi?t k? s?c ky d??i ?ay, nhi?u nhà s?n xu?t trong và ngoài n??c có th? cung c?p các s?n ph?m tùy ch?nh, ch?ng h?n nh? Agilent, Tianmei, Yanuo, Fuli, v.v. T?t nhiên, vì các s?n ph?m c?a quá trình kh? CO2 r?t ph?c t?p, có các phan t? nh? nh? H2 và CO, c?ng nh? các phan t? h?u c? nh? C1, CH3OH, axit fomic và etanol, ch?ng h?n nh? C1 và C2. Máy dò c?t ??n kh?ng th? ???c phát hi?n hoàn toàn t?i m?t th?i ?i?m, và TCD và TCD là b?t bu?c. FID ???c k?t h?p và các lo?i c?t khác nhau ???c s? d?ng cùng nhau.

Xúc tác kh? CO2 thành hydrocacbon ?? tr? thành m?t ph??ng ti?n xanh ?? gi?m thi?u các v?n ?? v? n?ng l??ng và m?i tr??ng. D?a trên nhi?u n?m nghiên c?u, Xiaobian ?? t?ng h?p nh?ng ki?n th?c quan tr?ng v? h? th?ng ph?n ?ng xúc tác và ?ánh giá s?n ph?m, ??ng th?i hy v?ng s? giúp các nhà nghiên c?u trong cùng l?nh v?c cung c?p n?n t?ng t?t cho vi?c thi?t k? các ch?t xúc tác hi?u qu? cao.