二氧化碳?xì)怏w是主要的溫室氣體之一，截至2013年5月，地球大氣層中的二氧化碳濃度曾一度超過400ppm（百萬分之400或0.04%）。目前的濃度比工業(yè)化之前的280ppm濃度高得多，而人為因素是導(dǎo)致二氧化碳濃度急劇上升的主要原因。釋放出的二氧化碳中，57%進入大氣層，其余的則進入海洋，造成海洋酸化。為了減少CO2氣體的排放，對已經(jīng)產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w進行回收再利用也就勢在必行。目前已有不少科學(xué)家在著手研究這一課題，接下來紐瑞德特氣小編月月為大家介紹一下。

  要將二氧化碳進行化學(xué)反應(yīng)，首先我們應(yīng)了解它是一個非常穩(wěn)定的化合物，因此要將之轉(zhuǎn)換成為其它有用的化學(xué)品大多是很耗能的，因此發(fā)展適當(dāng)?shù)拇呋瘎﹣斫档湍芰康暮馁M是很重要的。此外，如果耗費的能量是來自于天然的碳資源，那將仍然無法達(dá)到碳均衡的目的，因此透過太陽能來取得能量也是重要的方向。

  目前工業(yè)上將二氧化碳轉(zhuǎn)換所得的制品，包括一些無機碳酸鹽、尿素、水楊酸、碳酸伸乙酯(ethylene carbonate)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate)、和碳酸酯聚合物。當(dāng)然除了制造這些產(chǎn)品，二氧化碳還有許多其它的用途，如何擴大它的使用是一個必須走的方向。

  理想上，如果能將二氧化碳很有效率的轉(zhuǎn)換成為甲醇、甲烷或高碳數(shù)的碳?xì)浠衔?，將可達(dá)到循環(huán)使用的目的，其中甲醇更可以用來合成許多有用的有機化合物，再一度的，前提是這些轉(zhuǎn)換不能因為耗費火力發(fā)電的能源，導(dǎo)致更多二氧化碳的排放。上述的幾個轉(zhuǎn)換屬于還原反應(yīng)，原則上可以使用氫氣以及發(fā)展適當(dāng)?shù)拇呋瘎﹣磉_(dá)成，現(xiàn)在工業(yè)界使用的氫氣來源是透過甲烷的蒸氣重組反應(yīng)(steaming reforming；式2)，所得到的氫氣和一氧化碳，再經(jīng)過上面提及的水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)(式1)得到更多的氫氣，但同時產(chǎn)生二氧化碳。由于甲烷的蒸氣重組 反應(yīng)是個吸熱反應(yīng)，相當(dāng)耗能，但氫氣其實也可以透過水的電解而得，若能搭配太陽能，將會是很理想的氫氣來源；以下簡介上述幾個還原反應(yīng)目前之發(fā)展。


  二氧化碳與氫氣合成甲烷或高碳數(shù)的碳?xì)浠衔?/p>

  目前用氫氣將二氧化碳還原成甲烷所使用的催化劑，活性和選擇性最好的，應(yīng)屬釕(Ru)附著在TiO2擔(dān)體上之系統(tǒng)。有關(guān)合成高碳數(shù)的碳?xì)浠衔?，在此先介紹費雪-闕布希法(Fischer-Tropsch process)，這是一個工業(yè)上將一氧化碳與氫氣轉(zhuǎn)換成為高碳數(shù)碳?xì)浠衔锏闹匾椒?式3)，常用的催化劑是鐵、鈷和釕的系統(tǒng)。

  由于費雪-闕布希法是已經(jīng)存在的工業(yè)法，因此尋找催化系統(tǒng)，能將二氧化碳先轉(zhuǎn)換成一氧化碳的中間物，接著進行費雪-闕布希法，就有機會直接合成高碳數(shù)的碳?xì)浠衔?。目前鐵的系統(tǒng)效果最好，但產(chǎn)生甲烷副產(chǎn)物仍是主要的問題，選擇性仍待提高。


  二氧化碳與氫氣合成甲醇

  工業(yè)界合成甲醇是透過一氧化碳和氫氣反應(yīng)而得，使用的催化劑是利用一些金屬搭配銅或鋅的氧化物，例如Cu/ZnO/Al2O3，反應(yīng)溫度為230-280 oC，壓力為50-120atm，同樣的組合也可用來將二氧化碳還原成甲醇，但目前甲醇的產(chǎn)率還不夠高。雖然這種製程在三十年前就已經(jīng)可行，但商轉(zhuǎn)也是到了2011年才開始出現(xiàn)。研究顯示催化劑擔(dān)體的型態(tài)(morphology)與催化劑的活性息息相關(guān)，化學(xué)家對此類反應(yīng)的反應(yīng)機構(gòu)亦不斷的研究，更搭配理論計算去尋找最佳的催化劑。

  反應(yīng)機制的研究顯示上例催化劑中銅是主要的活性位置，ZnO則是重要的擔(dān)體，它影響銅的型態(tài)以及穩(wěn)定銅那個重要的活性型態(tài)。Al2O3則有促進活性和選擇性的效果，這可能是有助于銅的分散。