一种由二氧化碳可持续合成乙炔的新方法

发布时间：2024-09-20 10:08:21 栏目：精选百科

导读 自 1836 年发现以来，乙炔已成为工业中必不可少的化合物，广泛用作化学基础材料和燃料。它可用作树脂(如氯乙烯)、焊接气体和照明的原料。...

自 1836 年发现以来，乙炔已成为工业中必不可少的化合物，广泛用作化学基础材料和燃料。它可用作树脂(如氯乙烯)、焊接气体和照明的原料。旨在减少对石油原料依赖的最新发展表明，乙炔是生产各种基础化学品的有前途的平台分子。此外，关键的半导体材料聚乙炔也是由乙炔制成的。目前，乙炔主要通过两种方法生产：电石法和裂解法。电石法包括将煤衍生的焦炭和生石灰反应形成电石 (CaC 2 )，然后与水反应生成乙炔。在裂解中，化石燃料的热分解用于制造乙炔。这两种方法都严重依赖化石燃料，对碳足迹贡献巨大。因此，开发一种不依赖化石燃料的新型可持续方法至关重要。



在最近的一项研究中，一组日本研究人员提出了一种使用高温熔盐的创新电化学工艺。该方法通过二氧化碳(CO 2 )形成 CaC 2间接生产乙炔。在此过程中，通过电沉积获得 CaC 2 ，然后与水反应生成乙炔。然而，在大多数情况下，该工艺的电流效率不到 10%。

针对这一问题，在一项新的研究中，由同志社大学哈里斯科学研究所的助理教授 Yuta Suzuki(第一作者)和同志社大学理工学院环境与数学建模科学系的教授 Takuy​​a Goto(通讯作者)领导的团队，以及大金工业公司技术与创新中心的 Tomohiro Isogai 博士，开发了一种更高效的选择性 CaC 2形成工艺。Suzuki 博士解释说：“为了提高乙炔形成的电流效率，必须从 CO 2中选择性地生产 CaC 2 ，这取决于控制电极和熔融盐电解质之间的界面现象。一种方法是将碳电沉积与 CO 2的反应和 CO 2衍生的固体碳上的 Ca(II) 离子还原分开”。他们的研究是一项产学研合作，于 2024 年 6 月 11 日在线发布，并于 2024 年 8 月 15 日发表在《化学工程杂志》第 494 卷上。

在这个方法中，乙炔通过两步电解过程生成。首先，将一个以铁为工作电极的电解池浸入CO 2气氛下 823 K 的熔融盐混合物 (NaCl-KCl-CaCl 2 ) 中。这导致碳从 CO 2电沉积到铁电极上，形成碳电极。在第二步中，这种电沉积碳在惰性氩气气氛下被选择性地转化为 CaC 2，然后可用于合成乙炔。第二次电解可以使用第一步中形成的碳电极或水解后的碳残留物进行。在这项研究中，研究人员利用了第一步中的碳电极。

该方法实现了电流效率高达92%的乙炔合成，而且与使用化石燃料的传统方法不同，通过该方法生产的CaC 2产物气体中不含硫和磷，通过实现高效的CaC 2 生产，为碳的循环利用做出了贡献。

研究人员还研究了 CaC 2的形成机制，发现它是由碳基面的 Ca(II) 离子的电化学反应引起的，而不是通过层间反应，代表了一种独特的界面现象。后藤教授强调了这种方法的潜力，他说：“这种方法可以实现以 CO 2为原料的乙炔化学工业。这一过程将有助于建立一个基于资源回收的新产业，而无需使用化石燃料。”

这项研究标志着朝着乙炔及其相关产品的可持续合成迈出了重要一步。