Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có kết quả tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản trình duyệt mới hơn (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi đang hiển thị trang web mà không có kiểu dáng hoặc JavaScript.
Mới đây, trong bài báo đăng trên tạp chí Joule, Ung Lee và các đồng nghiệp đã báo cáo một nghiên cứu về nhà máy thí điểm hydro hóa carbon dioxide để sản xuất axit formic (K. Kim et al., Joule https://doi.org/10.1016/j. Joule.2024.01 ). 003;2024). Nghiên cứu này chứng minh việc tối ưu hóa một số yếu tố chính của quy trình sản xuất. Ở cấp độ lò phản ứng, việc xem xét các đặc tính quan trọng của chất xúc tác như hiệu suất xúc tác, hình thái, độ hòa tan trong nước, độ ổn định nhiệt và khả năng cung cấp nguồn nguyên liệu quy mô lớn có thể giúp cải thiện hiệu suất lò phản ứng trong khi vẫn giữ lượng nguyên liệu đầu vào cần thiết ở mức thấp. Ở đây, các tác giả đã sử dụng chất xúc tác ruthenium (Ru) được hỗ trợ trên khung triazine bipyridyl-terephthalonitrile liên kết cộng hóa trị hỗn hợp (được gọi là Ru/bpyTNCTF). Họ đã tối ưu hóa việc lựa chọn các cặp amin phù hợp để thu giữ và chuyển hóa CO2 hiệu quả, chọn N-methylpyrrolidine (NMPI) làm amin phản ứng để thu giữ CO2 và thúc đẩy phản ứng hydro hóa tạo thành format, và N-butyl-N-imidazole (NBIM) làm amin phản ứng. Sau khi phân lập được amin, format có thể được phân lập để tiếp tục sản xuất FA thông qua sự hình thành sản phẩm cộng chuyển vị. Ngoài ra, họ đã cải thiện các điều kiện vận hành của lò phản ứng về nhiệt độ, áp suất và tỷ lệ H2/CO2 để tối đa hóa hiệu suất chuyển hóa CO2. Về thiết kế quy trình, họ đã phát triển một thiết bị bao gồm một lò phản ứng tầng nhỏ giọt và ba cột chưng cất liên tục. Bicarbonat dư được chưng cất ở cột đầu tiên; NBIM được điều chế bằng cách tạo thành sản phẩm cộng chuyển vị ở cột thứ hai; sản phẩm FA được thu được ở cột thứ ba; Việc lựa chọn vật liệu cho lò phản ứng và tháp cũng được cân nhắc kỹ lưỡng, với thép không gỉ (SUS316L) được chọn cho hầu hết các bộ phận, và vật liệu thương mại gốc zirconium (Zr702) được chọn cho tháp thứ ba để giảm ăn mòn lò phản ứng do khả năng chống ăn mòn cụm nhiên liệu, và chi phí tương đối thấp.
Sau khi tối ưu hóa cẩn thận quy trình sản xuất—lựa chọn nguyên liệu đầu vào lý tưởng, thiết kế lò phản ứng tầng sôi và ba cột chưng cất liên tục, lựa chọn kỹ lưỡng vật liệu cho thân cột và vật liệu đóng gói bên trong để giảm ăn mòn, và tinh chỉnh các điều kiện vận hành của lò phản ứng—các tác giả đã chứng minh rằng một nhà máy thí điểm với công suất hàng ngày là 10 kg cụm nhiên liệu có khả năng duy trì hoạt động ổn định trong hơn 100 giờ đã được xây dựng. Thông qua phân tích tính khả thi và vòng đời cẩn thận, nhà máy thí điểm đã giảm chi phí 37% và tiềm năng nóng lên toàn cầu 42% so với các quy trình sản xuất cụm nhiên liệu truyền thống. Ngoài ra, hiệu suất tổng thể của quy trình đạt 21%, và hiệu suất năng lượng của nó tương đương với xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro.
Qiao, M. Sản xuất thử nghiệm axit formic từ carbon dioxide đã được hydro hóa. Kỹ thuật Hóa học Tự nhiên 1, 205 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-024-00044-2