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本研究設(shè)計(jì)并合成了無(wú)定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒，將其應(yīng)用于二氧化碳電還原反應(yīng)中 （圖 1 ） 。 該研究工作首先通過(guò)溶劑熱法制備了 AgBiS 2 納米棒，并將其在空氣中煅燒處理，得到了組成為 Ag 0.95 BiS 0.75 O 3.1 的雙金屬硫氧復(fù)合物納米棒。在進(jìn)一步電化學(xué)還原預(yù)處理后，該復(fù)合物被轉(zhuǎn)化為無(wú)定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒。這種新型二氧化碳電還原催化劑在僅有 450 mV  的過(guò)電位下，實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 94.3% 的甲酸法拉第效率和 12.52 m A/ cm 2 的甲酸部分電流密度。通過(guò)與 AgBiS 2 、 Bi 硫氧復(fù)合物及 Bi 2 S 3 參比樣品進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在電化學(xué)還原預(yù)處理過(guò)程中，金屬硫化物中的 -2 價(jià)硫會(huì)轉(zhuǎn)化為 H 2 S 并離開(kāi)電極表面，只有金屬硫氧復(fù)合物中被氧化為 +6 價(jià)的硫能保留在催化劑中。后續(xù)實(shí)驗(yàn)表明 ，這一部分硫能促進(jìn)水的解離，而甲酸形成過(guò)程中所需的 H + 正是來(lái)自于 H 2 O 。因此，甲酸的生成被極大程度地促進(jìn)。另一方面， Ag-Bi-S-O 修飾 Bi 0 納米顆粒中的 Ag ，有利于電荷在電極中傳遞，提高了催化劑的電流密度。在過(guò)電位為 450 mV  時(shí)，更大的電流密度可以提高陰極附近的局域 pH ，而更大的局域 pH 能進(jìn)一步提升硫促進(jìn)水解離的效用，同時(shí)抑制氫析出反應(yīng)的發(fā)生。因此，無(wú)定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒可以在極低的過(guò)電位下將二氧化碳高活性、高選擇性地轉(zhuǎn)化為甲酸。

本專(zhuān)利技術(shù)由二氧化碳和水為原料，KHCO3 作助劑，催化劑由配體功能化、金屬沉積和染料敏化的 TiO2-FTO 玻璃電極構(gòu)成的光陰極催化劑和 Co-Pi 修飾 W 參雜的 BiVO4 光陽(yáng)極催化劑在光電池中模擬植 物光合作用制備出高純度的乙醇水溶液并放出氧氣。人工光合成電池的效率可以達(dá)到 0.3~0.6%，與大田農(nóng)作物相似。光電池在模擬太陽(yáng)光或室外太陽(yáng)光照射下均能實(shí)現(xiàn)合成乙醇，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為碳基能源分子。電極催化劑制備簡(jiǎn)單、成本低廉、污染很小；生產(chǎn)乙醇的過(guò)程中無(wú)廢水、廢氣和固體廢物產(chǎn)生。催化電極的壽

目前國(guó)內(nèi)發(fā)電廠主要是燃煤發(fā)電，煤炭的燃燒使發(fā)電廠廢氣中含有大量的二氧化碳（CO2），占工業(yè)CO2 總排放量的30%左右，造成了嚴(yán)重的大氣污染和溫室效應(yīng)。燃煤電廠中二氧化碳的處理已成為目前急需解決的問(wèn)題，因此燃煤電廠廢氣中二氧化碳的捕集成為目前的研究熱點(diǎn)之一。燃煤電廠尾氣脫CO2 理論上有吸收分離法、吸附法、膜分離法、膜基吸收法和低溫蒸餾法等。國(guó)際能源署在上世紀(jì)90 年代對(duì)上述幾種脫CO2 法的調(diào)查研究表明,對(duì)煙道氣脫CO2 較有前途的是“膜基氣體吸收法”。膜吸收技術(shù)是膜技術(shù)與氣體吸收技術(shù)相結(jié)合的膜過(guò)程,通常使用疏水微孔中空纖維膜將氣體與吸收液隔開(kāi)。用于分隔氣液兩相的疏水微孔膜的可用材料廣泛，可以為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯等。利用膜吸收技術(shù)捕集CO2 與傳統(tǒng)的吸收塔相比，膜吸收可以對(duì)氣、液兩相流速寬范圍獨(dú)立控制，而且氣液接觸面大，能耗低，避免了液泛、霧沫夾帶、溝流、鼓泡等現(xiàn)象發(fā)生。另外，膜吸收技術(shù)更有利于燃煤電廠尾氣中CO2 的回收后再次利用，利用膜吸收技術(shù)回收的CO2 純度高，可達(dá)到95%以上，可應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)，為社會(huì)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。 本技術(shù)以疏水中空纖維膜為氣液兩相間分隔界面，其較強(qiáng)的疏水性能可以防止液相的泄漏，另外所用膜材料能耐受強(qiáng)酸強(qiáng)堿的長(zhǎng)期腐蝕，給膜吸收設(shè)備提供了更長(zhǎng)的使用壽命。而所采用的中空纖維膜組件還具有氣液接觸面積大、設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)。以MEA、MDEA 等醇胺溶液為吸收劑，膜解吸過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單,與傳統(tǒng)的方法相比具有設(shè)備投資低、分離效率高、使用周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是具有廣大前景并值得推廣的技術(shù)。 技術(shù)指標(biāo)：所用吸收劑：MEA、DEA 等醇胺類(lèi)吸收劑；處理前CO2 含量≤10%；處理后CO2 含量≤0.3%；去除能力：99%；吸收劑回用方式：加熱解吸循環(huán)；吸收劑熱解吸溫度：60～80℃；裝置使用壽命1～2 年。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于燃煤發(fā)電廠尾氣中CO2 的回收處理、煙道氣處理及相關(guān)領(lǐng)域。市場(chǎng)分析膜吸收法捕集CO2 技術(shù)能耗低，占地面積小，在操作上存在很大的優(yōu)勢(shì)；另外，吸收CO2的吸收劑可經(jīng)過(guò)加熱等方法進(jìn)行循環(huán)利用，捕集的CO2 濃度較高，市場(chǎng)前景相當(dāng)廣闊。效益分析：本技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、操作成本低，與傳統(tǒng)技術(shù)相比能耗大大降低，而且回收的CO2純度較高，經(jīng)過(guò)凈化之后可再次應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)鋼鐵工業(yè) CO 2 排放量大的問(wèn)題以及少（無(wú)）煙塵、深度脫磷、脫氮、控氧的綠色潔凈煉鋼的發(fā)展方向，2004 年研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出將 CO 2 作為資源循環(huán)應(yīng)用于煉鋼過(guò)程，同時(shí)利用 CO 2 的高溫特性解決現(xiàn)有冶金工藝存在的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)根據(jù)十余年的研究發(fā)現(xiàn)，CO 2 是弱氧化性氣體，在煉鋼溫度下與碳、硅、錳等元素可發(fā)生氧化反應(yīng)，并伴隨吸熱或微放熱效應(yīng)，具有以下冶金功能：（1）利用 CO 2 參與煉鋼反應(yīng)的吸熱效應(yīng)，可將 2700-3000℃的頂吹氧氣射流高溫火點(diǎn)區(qū)降低至鐵的沸點(diǎn)（2750℃）以下，減少了鐵的蒸發(fā)量；（2）轉(zhuǎn)爐煉鋼前期硅、錳等元素的氧化使熔池迅速升溫，難以滿(mǎn)足低溫高效脫磷的熱力學(xué)條件，可通過(guò)噴吹 CO 2 控制熔池升溫速率，延長(zhǎng)低溫脫磷時(shí)間，解決了長(zhǎng)期困擾煉鋼的脫磷不穩(wěn)定、深脫磷難等問(wèn)題；（3）與純氧噴吹相比，CO 2 與鋼中各元素反應(yīng)均生成 CO，能夠強(qiáng)化熔池?cái)嚢瑁纳圃摲磻?yīng)動(dòng)力學(xué)條件，減少終點(diǎn)鋼液過(guò)氧化，生產(chǎn)低氮/低磷/低氧鋼種；（4）利用煉鋼底吹 CO 2 的冷卻效應(yīng)，發(fā)明了 CO 2 控制“蘑菇頭”生長(zhǎng)與消除的動(dòng)態(tài)平衡方法，可有效延長(zhǎng)煉鋼底吹元件壽命。在充分掌握 CO 2 高溫弱氧化、強(qiáng)攪拌及冷卻效應(yīng)等冶金反應(yīng)特性的基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出在煉鋼生產(chǎn)中采用 CO 2 代替部分頂吹 O 2 、底吹 CO 2 代替全部 N 2 /Ar進(jìn)行 CO 2 -O 2 混合噴吹煉鋼的工藝流程（見(jiàn)附件 1 工藝路線(xiàn)圖），發(fā)明了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煉鋼噴吹 CO 2 降塵、高效脫磷、脫氮/控氧及長(zhǎng)壽底吹等系列技術(shù)，并完成了工業(yè)示范應(yīng)用。

成果完成人瞄準(zhǔn)1000MW超臨界二氧化碳燃煤（sCO2）發(fā)電系統(tǒng)，主持了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“超高參數(shù)高效二氧化碳燃煤發(fā)電基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”。 本成果從系統(tǒng)和部件兩個(gè)層面進(jìn)行研究，被推薦為2020年度國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)科技成果，并在2021年1月27日科技日?qǐng)?bào)上做了報(bào)導(dǎo)。具體成果如下： 1、sCO2鍋爐模塊化設(shè)計(jì)：sCO2循環(huán)流量是水蒸氣機(jī)組的6-8倍，導(dǎo)致S-CO2鍋爐嚴(yán)重堵塞，發(fā)現(xiàn)機(jī)組效率懲罰效應(yīng)。首次提出1/8分流減阻原理，在保持吸熱量及循環(huán)流量不變條件下，將壓降降低為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的1/8，由此提出模塊化鍋爐設(shè)計(jì)，將鍋爐壓降減小到與水蒸氣鍋爐相當(dāng)或更低水平，徹底解決大壓降難題。 2、煙氣熱量全溫區(qū)吸收：針對(duì)sCO2循環(huán)適合中高溫?zé)嵩矗瑔蝹€(gè)sCO2循環(huán)無(wú)法吸收煙氣全溫區(qū)熱量，提出頂?shù)蛷?fù)合循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱量全溫區(qū)吸收。提出能量復(fù)疊利用原理及設(shè)備共享，完全消除頂?shù)籽h(huán)效率差并簡(jiǎn)化系統(tǒng)。1000MWe級(jí)燃煤sCO2發(fā)電效率達(dá)到～50%，比水蒸氣機(jī)組高3-4個(gè)百分點(diǎn)。 3、鍋側(cè)和爐側(cè)綜合調(diào)溫方法：針對(duì)sCO2進(jìn)入鍋爐溫度較高，抬高受熱面溫度，提出鍋側(cè)和爐側(cè)綜合調(diào)溫方法，發(fā)明“冷熱匹配、層級(jí)降溫”原理，提出“上大下小+雙爐膛+煙氣再循環(huán)”的創(chuàng)新型鍋爐設(shè)計(jì)。建成壓力達(dá)26MPa的超高參數(shù)sCO2傳熱系統(tǒng)，提出超臨界傳熱類(lèi)沸騰理論，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了鍋爐管發(fā)生傳熱惡化的臨界判據(jù)。誕生第一臺(tái)超臨界二氧化碳燃煤鍋爐原理樣機(jī)。 本成果闡明了能量復(fù)疊利用原理，是能量梯級(jí)利用的繼承和發(fā)展，消除了復(fù)合循環(huán)中頂循環(huán)和低循環(huán)的效率差，最大限度挖掘了sCO2燃煤發(fā)電系統(tǒng)的效率優(yōu)勢(shì)。并首次闡明超臨界流體分子尺度下的非均勻物質(zhì)結(jié)構(gòu)，顛覆了人類(lèi)對(duì)超臨界流體物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，首次將亞臨界壓力下的多相流體理論體系引入到超臨界傳熱中，初步實(shí)現(xiàn)了亞臨界和超臨界壓力下能量傳遞與轉(zhuǎn)換理論的統(tǒng)一，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 針對(duì)現(xiàn)有碳收集、儲(chǔ)存（CCS）方法中二氧化碳的壓縮、脫附過(guò) 程的高能耗問(wèn)題，我們采用碳收集與利用（CCU）的策略，將二氧化 碳的捕集、活化與轉(zhuǎn)化利用相結(jié)合，為碳收集、儲(chǔ)存及其活化利用提 供新方法。設(shè)計(jì)并合成高效、可活化二氧化碳的吸附材料，以利于在 捕集時(shí)活化二氧化碳分子，將二氧化碳的分離技術(shù)與二氧化碳（即活 化的二氧化碳分子）的轉(zhuǎn)化反應(yīng)相耦合，避免能耗高的脫附過(guò)程，從 而實(shí)現(xiàn)低壓、溫和條件下將捕集的二氧化碳的原位催化氫化反應(yīng)，以 制備能源類(lèi)產(chǎn)品甲酸、甲醇

CO2的大規(guī)模工業(yè)利用是目前國(guó)內(nèi)外研究的重要課題，提出了一種新的 CO2 化學(xué)利用技術(shù)路線(xiàn)，即通過(guò) CO2 與氨反應(yīng)得到三聚氰酸等固體產(chǎn)品。這樣， 不僅可實(shí)現(xiàn) CO2的封存，而且能夠?qū)崿F(xiàn) CO2的高值有效利用。對(duì) CO2的減排具 112 有重要意義。 CO2氨化反應(yīng)特點(diǎn)： CO2氨化礦化生成三聚氰酸所需原料用量少（一份重量的氨可固定 2.5 份 CO2）； 原料轉(zhuǎn)化率高,(轉(zhuǎn)化率達(dá) 95%以上)； 礦化反應(yīng)設(shè)備投資少，在現(xiàn)有煤化工裝置基礎(chǔ)上，添加部分設(shè)備，通過(guò)改 變反應(yīng)過(guò)程和目標(biāo)產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn) CO2的氨化礦化，礦化產(chǎn)品利用價(jià)值大。

聚氨酯是重要高分子合成材料，用于制造泡沫塑料、纖維、彈性體、合成革、涂料、膠黏 劑、鋪裝材料和醫(yī)用材料等，廣泛應(yīng)用于交通、建筑、輕工、紡織、機(jī)電、航空、醫(yī)療衛(wèi)生等 領(lǐng)域。目前，全世界生產(chǎn)聚氨酯都是采用光氣異氰酸酯路線(xiàn)，本項(xiàng)目首創(chuàng)的綠色生產(chǎn)技術(shù)，以 二氧化碳替代劇毒的光氣，與有機(jī)胺、多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇等為原料，具有原料 成本低 (比光氣異氰酸酯路線(xiàn)低20～30％) 、轉(zhuǎn)化率高、過(guò)程清潔等特點(diǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異，優(yōu)級(jí) 品含量大于99.5％，經(jīng)濟(jì)性好，具有最強(qiáng)的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。隨著環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排的日益 重視，該項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，對(duì)于節(jié)約寶貴的能源、利用二氧化碳廢氣、促進(jìn)節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和 諧發(fā)展具有非常重要的意義。 5萬(wàn)噸/年HDI型聚氨酯，總投資26000萬(wàn)元。