二氧化碳制取甲烷
二氧化碳综合利用研究
二氧化碳综合利用研究2013年10月二氧化碳综合利用研究CO2是碳及含碳化合物的最终氧化物。
CO2在自然界的存在相当广泛，它直接参与大自然的形成，影响人类和生物界的生存，空气中的二氧化碳约占0.039%，二氧化碳被认为是造成温室效应的主要来源。
随着人们对CO2的深入认识，其生产、应用和研究愈来愈引起人们的重视。
一、二氧化碳的物理化学性质二氧化碳在常温常压下为无色而略带刺鼻气味和微酸味的气体。
CO2相对分子质量: 44气体相对（空气）密度：1.524 (0℃,1atm)气体密度： 1.96g/L(0℃,1atm)液态CO2相对密度：1.101（-37 ℃）沸点：-78.5 ℃。
临界温度31.06℃，临界压力 7.382MPa。
固态密度: 1560kg/m3(-78℃)CO2没有闪点，不可燃，不助燃（镁带在二氧化碳内燃烧生成碳与氧化镁，这是唯一的例外）；可与水、氢氧化钙等反应。
液体CO2和超临界CO2均可作为溶剂，超临界CO2具有比液体CO2更高的溶解性（具有与液体相近的密度和高溶解性，并兼备气体的低粘度和高渗透力）。
固态二氧化碳俗称干冰，干冰升华后可以吸收周围的热量使温度迅速降低。
空气中二氧化碳的体积分数为1%时，感到气闷，头昏，心悸；4%-5%时感到眩晕；6%以上时使人神志不清、呼吸逐渐停止以致死亡。
二、二氧化碳的产品标准1、工业液体二氧化碳 GB/T6052-20112、焊接用二氧化碳 HGT2537-19933、食品添加剂液体CO2 GB10621-2006三、二氧化碳应用领域近几年，CO2的应用领域得到广泛的开拓。
除了众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，农业、国防、医疗等部门都使用CO2。
以CO2为原料可以合成基本化工原料，比如合成甲酸、草酸及其衍生物，合成羧酸和内酯；合成高分子化合物与可降解塑料；以CO2为溶剂进行超临界萃取；CO2还可应用于采油、激光技术等尖端领域。
具体情况如下：3.1 食品加工行业（食品级CO2）使用标准：GB 10621-2006食品添加剂液体CO2饮料行业是国内食品级CO2的主要应用市场。
Ni–TiO2光催化还原CO2和水制备甲烷
Ni–TiO2光催化还原CO2和水制备甲烷摘要：光催化是一种最潜在的方法来减少二氧化碳转化为有用的化合物。
在这个工作中,为了提高照片的二氧化碳减少,镍离子被嵌入二氧化钛作为光催化剂。
XRD 和TEM结果显示与纳米二氧化钛锐钛矿结构。
表面的特点用BET和电动电势测量。
经紫外可见和PL的光化学属性。
二氧化碳减排测试液体反应器和GC对产品进行了分析。
Ni-TiO2(0.1摩尔%)相比其他催化剂有最高收益率的甲烷。
简介在过去的几十年中,快速推动了全球能源需求不断增长的世界人口。
如今,能源基础设施几乎依赖于化石燃料。
使用化石燃料产生的温室气体如二氧化碳(CO2),这是全球变暖的主要原因[1,2]。
为了解决这个问题,许多研究人员正努力开发替代能源和利用二氧化碳。
有三种途径:利用二氧化碳CO2转化为燃料,利用二氧化碳作为化工原料,以及非转换使用的二氧化碳。
在各种方法中,光催化还原二氧化碳与水成烃燃料和有用的化学物质是值得注意的方式来生产能源与缓解全球气温降低二氧化碳浓度[3 - 5]。
Inoue at al [6]报道,HCOOH一氧化碳,CH3OH,甲烷是主要的产品在CO2和H2O的光致还原作用。
在一般情况下,运输过程中电子和空穴在光催化反应中可以通过几个步骤来解释:光吸收,运输光生电子和空穴在光催化剂表面,反应的电子和空穴,电子和空穴的复合光催化剂表面和反应物的传质[7]。
在各种半导体如氧化钛(二氧化钛)[8],氧化钨电致)[9],氧化锌(氧化锌)[10]、磷化镓(GaP)[11],硫化镉(cd)[12],和碳化硅(SiC)[13],重点是二氧化钛。
二氧化钛研究在过去几年中由于其众多的优点包括良好的光敏,电荷转移潜力,低成本、无腐蚀性,生物稳定、无毒[14]。
然而,二氧化钛的效率很低,因为宽的带隙(3.20 eV),立即重组光生电子空穴对[15-16]。
为了提高二氧化钛的光催化效率,许多表面改性方法已被研究人员进行。
甲烷的制备方法
甲烷的制备方法
甲烷（CH4）是一种天然气，也是碳氢化合物中的一种。
甲烷可以通过多种方法制备，以下是其中一些常见的制备方法：
1. 天然气提取：最常见的甲烷制备方法是从天然气井中提取天然气。
天然气主要由甲烷组成，通过井口抽取天然气，然后将其压缩和净化，可以获得高纯度的甲烷。
2. 沼气生产：沼气是一种含有甲烷的气体，它通常是由有机废物，如污水处理厂、农场粪便堆肥等处产生的。
通过发酵和分解有机废物，可以生产甲烷。
3. 甲烷化学反应：甲烷还可以通过化学反应制备。
一种常见的方法是将一氧化碳（CO）和氢气（H2）在催化剂的存在下进行甲烷化反应，生成甲烷。
这个过程通常用于工业用途，如合成天然气。
4. 生物甲烷制备：有些微生物和古菌能够通过甲烷发酵代谢产生甲烷。
这些生物通常生存在极端条件下，如深海热液喷口或动物的胃内。
5. 地下煤层气解吸：甲烷可以通过地下煤层气解吸获得。
在煤矿或天然气田中，煤层中的甲烷可以通过钻孔释放并捕获。
6. 电解水制氢气和二氧化碳还原：甲烷也可以通过将氢气与二氧化碳反应而制备。
这种方法通常需要高温和高压条件，并使用催化剂。
这些方法中的选择取决于甲烷的用途、可获得的原材料以及制备的规模。
不同方法具有不同的成本、效率和环境影响，因此在特定情况下可能更适合使用其中的一种。
二氧化碳和氢气反应化学方程式
二氧化碳和氢气反应是一种重要的化学反应，它在工业生产和实验室中都有广泛的应用。
这篇文章将介绍该反应的化学方程式、反应机理以及相关的应用。
一、化学方程式二氧化碳和氢气反应可以用化学方程式表示为：CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O这个方程式表示了一分子二氧化碳和四分子氢气反应生成一分子甲烷和两分子水。
在这个反应中，氢气经过加氢反应转化为甲烷，同时二氧化碳失去氧原子和氢原子形成水。
二、反应机理二氧化碳和氢气反应的机理主要包括两个步骤：首先是氢气分子的加氢反应，然后是加氢后的氢气分子与二氧化碳分子的反应生成甲烷和水。
第一步骤是氢气的加氢反应，它可以表示为：H2 → 2H这个反应是一个高温高压下的催化加氢过程，通过加氢催化剂的作用，氢气分子中的化学键被打破，氢原子被转移，最终生成两个单质氢原子。
第二步骤是甲烷的生成，它可以表示为：CO2 + 4H → CH4 + 2H2O在这一步骤中，经过加氢处理的氢原子与二氧化碳分子进行反应，形成甲烷和水。
这个步骤是一个气体相催化反应，通常在催化剂的作用下进行。
三、相关应用1. 工业生产二氧化碳和氢气反应在工业生产中有着广泛的应用，特别是甲烷作为一种重要的化工原料。
通过这个反应，可以在工业规模上生产甲烷，为化工行业提供原料。
2. 实验室研究这个反应也经常被用于实验室研究中，作为合成甲烷的一种常见方法。
通过调控反应条件和催化剂的选择，可以探究加氢反应的机理和动力学。
3. 温室气体减排二氧化碳是一种主要的温室气体，与氢气反应可以将其转化为甲烷，从而减少二氧化碳的排放量。
这种反应也具有一定的环保意义，在减少温室气体排放方面具有潜在的应用前景。
二氧化碳和氢气反应是一种重要的化学反应，具有广泛的应用前景。
通过理解其化学方程式和反应机理，可以更好地实现对这个反应的控制和利用。
在工业生产、实验室研究和环保减排等方面都有着重要的应用意义。
二氧化碳和氢气反应，作为一种重要的化学反应，在工业生产和实验室研究中有着广泛的应用。
二氧化碳制取甲烷的方法及其设置[发明专利]
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810859436.4(22)申请日 2018.07.19(71)申请人 高节义地址 057350 河北省邯郸市鸡泽县县城西关闸西(72)发明人 高节义 (51)Int.Cl.C12P 5/02(2006.01)C12P 3/00(2006.01)C12M 1/107(2006.01)C12M 1/00(2006.01)C25B 1/10(2006.01)(54)发明名称二氧化碳制取甲烷的方法及其设置(57)摘要二氧化碳制取甲烷的设置，由产甲烷装置(1)和燃气发电机组(12)及甲烷菌中毒治疗康复中心(2)组成。
产甲烷装置(1)包括分流室(3)、产甲烷室(4)、阳极室(5)、阴极室(6)、分离室(7)。
还包括阴极板(16)与阴极板(16)之间的空隙为阴极室(6)，阳极板(17)与阳极板(17)之间的空隙为阳极室(5)，阳极板(17)与阴极板(16)之间的空隙为产甲烷室(4)。
将甲烷菌中毒治疗康复中心(2)里的污泥水和二氧化碳送入产甲烷室(4)，此时，阳极板(17)、阴极板(16)开始工作，阳极板(17)产生氢离子，形成氢离子水进入产甲烷室(4)。
氢离子与二氧化碳与甲烷菌在产甲烷室(4)相遇，氢离子和二氧化碳在甲烷菌的作用下合成甲烷。
权利要求书3页 说明书5页 附图2页CN 108753845 A 2018.11.06C N 108753845A1.二氧化碳制取甲烷的方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：二氧化碳包括常规能源燃烧排放的废气里的二氧化碳和从空气中提取的二氧化碳，二氧化碳与水电解产生的氢离子与甲烷菌相遇，在厌氧环境条件下，二氧化碳和氢离子在甲烷菌的作用下合成甲烷，还包括①先将甲烷菌种、氮肥磷肥、水按要求配比，装入甲烷菌中毒治疗康复中心，搅匀，形成污泥水，污泥水送入产甲烷装置的分流室上升到产甲烷室，继续上升，进入分离室，污泥水从分离室溢流到甲烷菌中毒治疗康复中心，污泥水循环利用零排放，②水通过水电解器形成电解水，电解水送入水箱，水箱里的电解水流到阴极室、阳极室，水箱与阳极室、阴极室之间形成一定的水压，使水箱里的电解水能够顺利流到阴极室、阳极室，并穿过阳极板上的孔、阴极板上的孔、电解隔膜进入产甲烷室，③阳极板和阴极板同时开启电源，开始工作，阳极板产生氢离子，氢离子在阳极室形成氢离子水，氢离子水一是在水压的作用下，穿过电解隔膜进入产甲烷室，二是氢离子在阴极板的吸引下，向阴极板转移，氢离子在由阳极室向阴极室转移过程中，路过产甲烷室，④二氧化碳经加压注入分流室，上升进入产甲烷室，此时，二氧化碳、氢离子在产甲烷室与甲烷菌相遇，二氧化碳和氢离子，在甲烷菌的作用下合成甲烷，同时，释放氧气，甲烷、氧气上升，进入分离室，甲烷、氧气从分离室的气体排出口排出，⑤还包括在产甲烷室，氢离子和二氧化碳在甲烷菌的作用下合成甲烷，漏网的氢离子进入阴极室，氢离子在阴极室，氢离子与氢离子结合，生成氢气，氢气上升到阴极室的最上部穿过阴极板的孔、电解隔膜进入产甲烷室，上升到分离室，氢气从分离室的气体排出口排出，氢气还可以从阴极室的顶部氢气排出口排出，氢气排出口与分流室的进气口连通，⑥阴极板产生的氧离子，形成氧离子水，氧离子水在水压的作用下，穿过穿过阳极板上的孔、电解隔膜路过产甲烷室，进入阳极室，氧离子还可以在阳极板的吸引下，由阴极室向阳极室转移，氧离子穿过电解隔膜，路过产甲烷室，通过电解隔膜和阳极板的孔进入阳极室，氧离子在阳极室，氧离子与氧离子结合，生成氧气，氧气上升，从阳极室的最上部穿过阳极板上的孔、电解隔膜进入产甲烷室，氧气继续上升，进入分离室，氧气从分离室的气体排出口排出，氧气还可以从阳极室的顶部氧气排出口排出，氧气排出口与常规能源燃烧设备进气口连通，从分离室的气体排出口排出的气体成分：甲烷、二氧化碳、氧气、氢气，统称为：甲烷混合气，⑦氧气能使甲烷菌中毒，甚至使甲烷菌死亡，中毒的甲烷菌随着污泥水，从产甲烷室进入分离室，污泥水从分离室的污泥水排出口溢流到甲烷菌中毒治疗康复中心，中毒的甲烷菌在甲烷菌中毒治疗康复中心内，好氧菌吃掉中毒的甲烷菌携带的氧气，得到康复，休养复壮，污泥水再送入产甲烷室，甲烷菌循环利用，⑧甲烷混合气从分离室的气体排出口排出，通过管道输送到常规能源燃烧设备、燃气发电机组，常规能源燃烧设备、燃气发电机组做功，实现常规能源燃烧设备、燃气发电机组废气循环利用零排放、零耗常规能源。
绿氢合成甲烷技术
绿氢合成甲烷技术随着全球对于可再生能源的需求不断增加，绿色能源逐渐成为研究的热点之一。
而绿氢合成甲烷技术正是其中一项重要的研究内容。
绿氢是指通过可再生能源生产的氢气，而绿氢合成甲烷技术是指利用可再生能源生产的氢气与二氧化碳合成甲烷的技术。
本文将对绿氢合成甲烷技术进行详细的介绍，包括其原理、技术路线、应用前景等内容。
一、绿氢合成甲烷技术原理绿氢合成甲烷技术的原理是利用可再生能源生产的氢气与二氧化碳进行催化反应，生成甲烷。
具体来说，其反应方程式如下：CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O可以看出，这是一种利用氢气还原二氧化碳的反应。
通过这一反应，二氧化碳被还原为甲烷，并且同时产生了水。
而在这一过程中，催化剂的选择是至关重要的。
目前常用的催化剂包括贵金属催化剂、过渡金属催化剂、氧化物催化剂等。
这些催化剂能够在合适的温度和压力下促进二氧化碳和氢气的催化反应，同时具有较高的催化活性和稳定性。
二、绿氢合成甲烷技术路线绿氢合成甲烷技术的路线主要包括氢气生产、二氧化碳回收和甲烷合成三个步骤。
具体的技术路线如下：1. 氢气生产氢气是绿氢合成甲烷的关键原料，其生产方式多种多样，包括水电解、太阳能电解、生物法等。
其中，水电解是目前应用最广泛的方法之一。
通过水电解，水分子可以被分解为氢气和氧气，而其反应式如下：2H2O → 2H2 + O2这一方法具有能源利用效率高、成本低、无污染的优点，因此备受研究者的青睐。
2. 二氧化碳回收燃煤、燃气和石油产生的二氧化碳是大气中的温室气体之一，而将其回收利用已成为减少温室气体排放、应对气候变化的重要举措。
目前，二氧化碳回收技术主要包括化学吸附法、膜分离法、生物法等。
通过这些方法，可以有效将工业废气中的二氧化碳进行回收，从而为绿氢合成甲烷技术提供了重要的原料。
3. 甲烷合成甲烷合成是指将二氧化碳和氢气进行催化反应，生成甲烷的过程。
如前所述，这一过程需要选择合适的催化剂，以促进反应的进行。
甲烷制取的研究教案
甲烷制取的研究教案前言本教案旨在介绍甲烷制取的方法和研究进展，并提供学生进行相关研究的指导。
一、甲烷制取方法1. 通过沼气工艺制取甲烷沼气工艺是一种将有机废物通过厌氧发酵产生甲烷的方法。
其操作步骤包括废物收集、发酵反应、沼气收集和甲烷提取等。
2. 通过氢气和二氧化碳制取甲烷利用催化剂和适当的温度、压力条件，可以将氢气和二氧化碳合成甲烷。
这一方法可通过催化剂选择、反应条件优化等途径进行改进。
3. 通过生物转化制取甲烷某些微生物能够通过代谢活动产生甲烷。
这一方法依赖于研究微生物代谢途径、培养条件等方面的因素。
二、甲烷制取的研究进展在甲烷制取领域，目前存在以下的研究进展：1. 催化剂的优化：研究人员通过改进催化剂的组成和结构，以提高甲烷制取的效率和选择性。
2. 新型反应器的开发：设计和制造更高效的反应器，以增加甲烷制取的产量和降低能耗。
3. 微生物的改良：通过基因工程和遗传技术改造微生物，提高其产甲烷的能力。
4. 温室气体的转化：研究人员探索将二氧化碳等温室气体转化为甲烷的方法，以实现可持续发展和环境友好。
三、学生研究指导为了加深对甲烷制取的理解，学生可以进行以下方面的研究：1. 深入了解甲烷制取的原理和方法，并对不同制取方法进行比较分析。
2. 调查当前甲烷制取的研究进展，关注最新发表的相关文献和国际会议的报告。
3. 运用相关技术和仪器，设计并进行实验，验证甲烷制取的可行性和优化策略。
4. 进一步探究甲烷制取在能源领域的应用前景，以及对环境保护和可持续发展的影响。
结论通过本教案的研究，学生将了解甲烷制取的不同方法和研究进展，并能够进行相关研究和探索。
希望学生能够在实践中发现新的研究方向，并为甲烷制取的发展和应用做出贡献。
注意：请在此基础上进行必要的修改和完善，以便符合实际要求。
甲烷的制备
甲烷的制备甲烷的制备甲烷是一种无色、无味、易燃的气体，也是最简单的烷烃。
它在自然界中广泛存在，例如天然气和沼气中。
此外，人们还可以通过多种方法制备甲烷。
一、天然气提纯法天然气主要由甲烷组成，因此从天然气中提取甲烷是一种常见的制备方法。
具体步骤如下：1. 提取天然气：首先需要从地下开采出含有天然气的岩层或储层。
2. 脱除杂质：将提取出来的天然气进行脱除杂质处理，例如去除二氧化碳、硫化物等。
3. 分离甲烷：采用分子筛等技术将甲烷与其他组分分离。
4. 储存甲烷：将分离出来的纯净甲烷进行储存。
二、沼气发酵法沼气主要由甲烷和二氧化碳组成，因此通过沼气发酵可以制备甲烷。
具体步骤如下：1. 收集原料：收集含有易于生物降解物质的废弃物，例如农业废弃物、食品废弃物等。
2. 发酵过程：将收集到的原料放入发酵池中，加入微生物并控制温度、pH值等条件进行发酵。
在发酵过程中，微生物会将有机物质分解产生沼气。
3. 分离甲烷：采用分子筛等技术将甲烷与其他组分分离。
4. 储存甲烷：将分离出来的纯净甲烷进行储存。
三、碳氢化合物还原法碳氢化合物还原法是一种通过还原反应制备甲烷的方法。
具体步骤如下：1. 准备反应器：准备一个封闭式反应器，并在其中加入金属催化剂。
2. 加入碳氢化合物：向反应器中加入含有碳氢化合物的混合物，例如乙炔和氢气混合而成的乙炔气体。
3. 进行反应：在适当的温度和压力下，使碳氢化合物与金属催化剂发生还原反应，生成甲烷和水。
4. 分离甲烷：采用分子筛等技术将甲烷与其他组分分离。
5. 储存甲烷：将分离出来的纯净甲烷进行储存。
四、电解水制氢法电解水制氢法是一种制备氢气的方法，而甲烷可以通过与氢气反应生成。
具体步骤如下：1. 准备电解槽：准备一个带有两个电极的电解槽，并在其中加入适量的水。
2. 加入电流：通过外加电压，在两个电极之间加入适量的电流，使水分子发生电解反应，生成氢气和氧气。
3. 与二氧化碳反应：将产生的氢气与二氧化碳反应，生成甲烷和水。
二氧化碳催化氢化产生甲烷原子利用率-解释说明
二氧化碳催化氢化产生甲烷原子利用率-概述说明以及解释1.引言1.1 概述二氧化碳催化氢化产生甲烷是一种有效的方法，可以将二氧化碳转化为有用的能源源，同时减少大气中的CO2浓度。
随着全球对可再生能源的需求不断增加以及对气候变化的担忧日益加深，二氧化碳催化氢化技术备受关注。
二氧化碳是温室气体之一，其排放量的增加是导致全球气候变化的主要原因之一。
利用二氧化碳催化氢化产生甲烷可以实现对二氧化碳的回收和转化，使其变为一种可利用的燃料资源。
同时，甲烷作为天然气的主要成分之一，具有高能量密度和广泛的应用领域，可以作为替代传统化石燃料的可再生能源。
本文旨在探讨二氧化碳催化氢化产生甲烷的原子利用率。
原子利用率是指在化学反应中，反应物中原子被转化为产品中原子的比例。
高原子利用率意味着化学反应的高效率，能够最大程度地利用反应物中的原子。
因此，通过提高二氧化碳催化氢化反应的原子利用率，可以增加甲烷产率，降低废物产生，并提高能源转化效率。
本文将从以下几个方面来探讨如何提高二氧化碳催化氢化反应的原子利用率。
首先，将介绍目前已有的二氧化碳催化氢化反应的研究进展和存在的问题。
其次，将从催化剂的设计和优化、反应条件的调控以及反应路径的选择等方面，探讨如何提高二氧化碳催化氢化反应的原子利用率。
最后，将总结当前研究的进展，并展望二氧化碳催化氢化产生甲烷原子利用率研究的未来发展方向和意义。
通过对二氧化碳催化氢化产生甲烷原子利用率的深入研究，可以为解决能源和环境问题提供新的途径和思路。
此外，提高催化反应的原子利用率也是催化科学与工程领域内的一项重要研究内容，对于推动催化技术的发展具有重要的意义。
综上所述，本文通过对二氧化碳催化氢化产生甲烷原子利用率的研究和探讨，旨在提高能源转化效率，减少二氧化碳排放和废物产生，为实现可持续发展和构建低碳经济提供新的解决方案。
1.2文章结构文章结构本文共分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要介绍了本文的概述、文章的结构、目的和总结。
二氧化碳重整甲烷制合成气研究进展
二氧化碳重整甲烷制合成气研究进展近年来，随着能源需求的不断增长和化石燃料的持续消耗，全球温室气体的排放问题已经引起了广泛关注。
其中，二氧化碳（CO2）被认为是主要的温室气体，因其对地球的气候变化产生巨大影响。
在这种背景下，二氧化碳重整甲烷制合成气成为近年来的研究热点之一、本文将从反应机理和催化剂设计两个方面论述二氧化碳重整甲烷制合成气的研究进展。
首先，二氧化碳重整甲烷制合成气的反应机理是研究的核心之一、这种反应的主要目的是通过将二氧化碳与甲烷反应生成一氧化碳（CO）和氢气（H2），以形成合成气（CO+H2）。
在常见的反应条件下，二氧化碳重整甲烷的反应机理可分为两个步骤：首先，在催化剂的作用下，二氧化碳和甲烷发生部分氧化反应，生成一氧化碳和水蒸气；然后，由于反应的可逆性，一氧化碳和水蒸气再进一步进行气相反应生成二氧化碳和氢气。
了解反应机理对催化剂的设计和优化具有重要意义。
其次，催化剂的设计在二氧化碳重整甲烷制合成气的研究中起着关键作用。
催化剂的选择和设计对反应的效率和选择性起着重要影响。
常见的催化剂包括金属催化剂、金属氧化物和过渡金属催化剂。
这些催化剂的设计关键在于提高反应的选择性，降低催化剂的毒性和损耗。
例如，一些研究表明，通过纳米金属颗粒的设计和优化，可以提高反应的选择性，减少副产物的生成。
另外，改变催化剂的组分和结构也能够对反应的效果产生显著影响。
因此，催化剂的设计是二氧化碳重整甲烷制合成气研究中的关键问题之一总的来说，二氧化碳重整甲烷制合成气作为一种能源生产和环境保护的双赢方法，吸引了众多研究者的关注。
未来的研究方向可以从以下几个方面展开：首先，深入研究二氧化碳重整甲烷的反应机理，从而提高反应的效率和选择性；其次，开发新型的催化剂，以降低催化剂的成本和对环境的影响；最后，探索二氧化碳的资源化利用途径，将其转化为更高价值的产品。
通过这些研究进展，二氧化碳重整甲烷制合成气有望成为未来替代传统燃料的一种可行方法，实现能源的可持续发展。
甲烷的制法与性质
甲烷的制法与性质连莉莉（2009级化学4班216实验小组40907201@）一、实验原理1、CH3COONa+NaOH △Na2CO3+CH4↑2、烷烃的性质：甲烷和其他烷烃的化学性质都很稳定。
在一般条件下，与强酸、强碱、溴水和高锰酸钾等都不反应。
但在光照下可发生卤代反应生成卤代烷烃。
在空气中燃烧，生成二氧化碳和水。
CH4+2O2点燃2H2O+CO2二、实验操作过程与实验现象1、甲烷的制取方法一：按质量比，CH3COONa∶CaO∶NaOH=4.5∶1.2∶1.2，（该实验中的CaO 并不参与反应，它的作用是除去苛性钠中的水分、减少苛性钠与玻璃的作用，防止试管炸裂，同时也使反应物混合疏松，便于甲烷气体的逸出）。
分别称取研细混匀，将药品装入干燥试管，管口略向下倾斜(约30°左右)，塞上带导气管橡皮塞并固定于铁架台上（如下图）。
预热1min后，在对试管中下部加热，约1~2min，既有大量CH4生成。
采用排水集气法收集（甲烷不溶于水）。
方法二：取两药匙无水乙酸钠，一药匙NaOH，一药匙Fe2O3（无水乙酸钠、NaOH、Fe2O3的体积比为：2∶1∶1），分别研细混匀。
剩余步骤与上一种方法相同。
该反应不需烘干药品，产气快，气流稳，气量多，火焰大，节省时间，操作简便。
2、甲烷的性质（1）甲烷与酸性高锰酸钾溶液的反应。
取一支试管，加入约3mL酸性高锰酸钾溶液，通入甲烷，观察颜色变化。
（通入甲烷，酸性高锰酸钾的颜色不发生变化）。
（2）甲烷与溴水反应。
取一支试管，加入约3mL溴水，通入甲烷，观察颜色变化。
（通入甲烷，溴水颜色不发生变化）。
（3）甲烷在空气中的燃烧。
甲烷经验纯后点燃，可看到浅蓝色火焰（甲烷点燃后火焰呈黄色的原因有：燃烧不充分；甲烷气不纯。
如制气加热过猛或NaOH用量不足，还会发生两分子乙酸钠生成丙酮2CH3COONa→CH3COCH3+Na2CO3当丙酮混入甲烷，火焰就夹带有黄色）。
在甲烷火焰上方倒置一个干燥的小烧杯，可观察到烧杯壁上有水珠生成。
二氧化碳甲烷化利用
2018年05月二氧化碳甲烷化利用吕海阳（青岛科技大学，山东青岛266042）摘要：我国能源生产和消费长期以煤炭为主，煤炭的燃烧产生大量的二氧化碳，二氧化碳会带来温室效应等环境问题，众所周知，二氧化碳在生活中的储量是最大的碳源之一，而且目前，像如石油、天然气、煤炭等资源日益枯竭，二氧化碳的利用无疑成为了一个重要的研究问题。
Paul Sabatier 于，1902年提出的CO 2甲烷化技术，被认为是目前CO2循环再利用中最实用有效的技术之一.关键词：二氧化碳；甲烷化；利用现如今，能源问题仍是世界各国关心的重要问题。
我国能源生产与消费长期以煤炭为主，煤炭燃烧产生大量的二氧化碳，污染环境；但同时二氧化碳也是碳源之一，对二氧化碳的开发利用成为近年来的研究重点，二氧化碳甲烷化被视为二氧化碳循环再利用的有效技术之一。
1二氧化碳储存与转换自然生态系统中，二氧化碳通常被植物、微物以及海洋中的浮游生物所吸收，但依靠这些途不能将二氧化碳完全去除。
将二氧化碳液化后直接注入地壳深层封存起来，是西方发达国家近年来减少二氧化碳排放的有效途径。
当二氧化碳从一些固定排放源如发电厂等排放后，通过捕集、释放、液化等工艺，最后将液态二氧化碳注入到海底水柱或地下储层等相对封闭的地质构造中，实现其与大气的长期隔绝或永久性储存，减少或阻止二氧化碳重新进入大气层所谓的二氧化碳储存技术。
目前二氧化碳储存术大致分为地质储存、生物储存、矿物储存以及工业利用等。
[1]2二氧化碳的危害随着全球经济的发展和工业化水平的不断提高，化石能源消费迅猛增长，随之而来的是以二氧碳为主要代表的温室气体的大规模排放，导致近100年来全球气温持续变暖。
温室效应的危害巨大，它可以使得两极的冰川加速融化，从而导致升高的海平面水平，因此对于那些在沿海地区的城市，在一定程度上存在着危险和不利影响，除此之外，海平面上升还有可能导致土地面积减少并且恶化，因而影响农业、牧业等发展，从而导致经济发展速度减慢。
二氧化碳甲烷化开题报告
二氧化碳甲烷化开题报告
二氧化碳是地球上贮量最为丰富的碳源之一。
近年来，由于石汕资源的日益枯竭，加之向空气中大量排放二氧化碳所引起的严重的生态及环境等问题，人们逐渐将注意力重新转向碳一化学的研究与开发，而作为其中一个分支的二氧化碳化学也得到了较快的发展。
在日渐活跃的二氧化碳活化研究工作中，甲烷化是一个颇为引人注目的课题。
1902年，Sabatier等首次报道了过渡金属多相催化下的二氧化碳及一氧化碳加氢甲烷化反应。
此后，与Fisher-Tropsch过程相联系的一氧化碳加氢反应报道较多，而二氧化碳的甲烷化很少引起人们的注意，往往仅作为一氧化碳甲烷化过程中由水煤气转换过程所引起的副反应加以研究。
随着二氧化碳活化研究的发展与深），其甲烷化过e也引起人们浓厚的兴趣。
这一过程目前颇具实用性，而从长远观点看，以二氧化碳为原料合成天然气是开发新能源的途径之一，从大气中回收二氧化碳制取甲烷则具有战略意义。
近年来，人们发现，与一氧化碳相比，二氧化碳的甲烷化反应具有较低的活化能，较低的反应温度及更高的选择性。
因此，该过程对化学工作者具有很大的诱惑力。
目前，这方面工作的着重点主要在于揭示这一过程的机理及选择高性能的催化剂。
二氧化碳电化学还原制甲烷有新法
用，且在薄膜成分中含量较高，因此PET-B膜需要更高磷含量才能达到UL94VTM-0等级，磷氮系阻燃剂掺杂量为38%（质量分数）。
PET-W膜中含有白母粒，白母粒中二氧化钛有阻燃作用，薄膜中二氧化钛有效的质量分数为4%，磷氮系阻燃剂掺杂量为32%（质量分数）。
制备的PET-B、PET-W和PET-C 薄膜阻燃性能均达到UL94VTM-0等级。
与实验室流延法制备的PEI、PI及PEEK薄膜进行了阻燃性能测试对比，发现PEI膜阻燃性能为UL94VTM-2等级，PI和PEEK膜阻燃性能均可以达到UL94VTM-0等级。
2.3阻燃聚酯薄膜的力学性能磷氮系阻燃剂种类对薄膜力学强度影响较大。
磷氮系阻燃剂具有高吸水率，进行常规的温度为150℃的干燥工艺可以有效降低水含量，但是会大幅降低阻燃剂的相对分子质量，导致拉膜生产工艺发生破膜现象，阻燃聚酯薄膜的力学强度大幅度降低，影响产品使用。
采用非晶干燥工艺，可以有效控制磷氮系阻燃剂水含量并防止阻燃剂水解，经过干燥、挤出、双向拉伸和热定型工艺制备的阻燃聚酯薄膜具有较高的力学强度，具体性能如表2所示。
薄膜延着牵引方向标记为MD，垂直于牵引方向标记为TD。
表2列出了阻燃聚酯薄膜与具有阻燃功能的PEI、PI和PEEK薄膜的性能对比。
制备的阻燃聚酯薄膜力学强度均较高。
由于PEI、PI和PEEK薄膜的生产工艺为流延法，其拉伸强度远低于双向拉伸的聚酯薄膜，并且颜色带有黄色及黄棕色。
其中，由于PET-C膜不含色母成分，并且阻燃剂含量相对较少，其力学强度最高。
黑色阻燃聚酯薄膜PET-B中炭黑含量高，并且阻燃剂含量最高，其拉伸强度为3种阻燃聚酯薄膜中最低。
2.4阻燃聚酯薄膜的尺寸稳定性阻燃聚酯薄膜是由磷氮系阻燃剂与PET切片熔融共混改性后制备，其熔点略低于PET（T m=259℃），经DSC测试，PET-C、PET-B和PET-W膜熔点分别为250、246和246℃。
由于含磷结构单元吸水性高，薄膜耐水解性低于普通PET薄膜，在干燥箱中测试，于温度150℃下放置30min测得薄膜MD热收缩率为2.3%～2.9%，TD热收缩率为0.1%～0.4%，其热收缩率较低，产品性能与普通PET薄膜热收缩率相当，制备的阻燃聚酯薄膜可在温度150℃下长期使用。
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(一) 全球CO2循环策略系统，包括第一步，用电解产生氢气；第二步，H2和CO2反应生成CH4和少量其他碳氢化合物；第三步，生成的CH4作为能源消耗又生成了CO2，如此循环往复。
其中的核心环节就是利用太阳能发电和CO2催化加氢甲烷化的反应。
CO2甲烷化反应是由法国化学家Paul Sabatier提出的，因此，该反应又叫做Sabatier反应，反应过程是将按一定比例混合CO2的和H2气通过装有催化剂的反应器，在一定的温度和压力条件下CO2和H2发生反应生成水和甲烷。
化学反应方程式如下。
CO2+4H2=CH4+2H2O
(二) CO2加氢甲烷化机理：
1 不经过一氧化碳中间物的机理
2 包括一氧化碳中间物的机理
随着研究的深入，CO2甲烷化反应机理被推定可能由下列2个途径组成：吸附的H和气相的CO2反应生成吸附态的CO，随后吸附态的CO直接加氢生成甲烷；或吸附的H和吸附的CO2反应生成吸附态的CO，随后吸附态的CO加氢生成中间体如甲酸根、碳酸根等再进一步加氢生成甲烷。
Prairie提出了CO2加氢甲烷化的反应机理：
式中，m，s，i分别表示金属上，载体上及未经确定吸附点上的吸附物种。
Schild 等提出了Ni/ZrO2催化CO2加氢甲烷化的反应机理。
CO2先在催化剂活性中心上转化为吸附的甲酸根和碳酸根，然后再进一步加氢为甲烷。
Os簇合物催化剂上反应机理表示为：
其中*表示吸附二氧化碳的活性点，M表示Os上的吸附活性点，主要用于加氢。
Ni/ZrO2上的甲烷化机理可表示为：
二氧化碳先在催化剂表面转化为吸附的甲酸根和碳酸根，再进一步氢化为甲烷。
图中虚线表示热力学可行但未被观察到。
由非晶态合金Pd25Zr71制得的催化剂也显示出与之相似的结果。
如下图所示：
不同的研究者提出的机理有所不同，但大体上都遵循以下模式：
⑴二氧化碳和氢吸附于催化剂表面;
⑵吸附的H2分解为H;
⑶吸附的二氧化碳转变为其它含碳物种；
⑷含碳物种氢化为甲烷。
由二氧化碳转变而得到的含碳物种，可能是吸附的CO，甲酸根，碳酸根及含氢的吸附CO，近期的研究倾向于生成甲酸根和碳酸根。
一氧化碳对二氧化碳甲烷化的阻碍作用可解释为一氧化碳在催化剂表面的竞争性吸附取代了部分二氧化碳的位置，使吸附的二氧化碳减少而延缓了反应速度。
同时，一氧化碳的吸附可加速催化剂的失活，提高反应的活化能，据信这也是同样催化剂作用下二氧化碳甲烷化速率高于一氧化碳的原因。
与一氧化碳相比，二氧化碳甲烷化机理的研究显得较为单薄，也不那么完备和深入，随着二氧化碳活化研究工作的深化，相信不远的将来会涌现出更多的突破性工作。
(三) 二氧化碳制取甲烷催化剂的研究
二氧化碳加氢甲烷化由于具有明确的应用前景而备受关注。
目前的研究主要集中于催化剂的开发上。
(1) 金属活性组分
大量研究表明，大多数第Ⅷ族金属催化剂对CO2/CH4转化均有催化作用。
贵金属催化剂具有较高转化活性，其中Rh、Ru、Ir催化性能最好，Pt、Pd稍差，过渡金属Fe、Co、Ni活性也较高，其中Ni的催化性能仅次于Rh，活性顺序为:Ni>Co》cu》Fe。
在选择催化剂时，除了考察活性外，还要考虑积炭。
Rostrup一Nielsen等人研究了Pt族贵金属及Ni催化剂，结果表明，Rh和Ru有最佳的抗积炭性能，在
Rh催化剂上几乎不积炭，Ni催化剂虽具有与Rh、Ru相当的催化性能，但积炭较为严重。
Al-ubaid等人在Pt/Zro2催化剂上，于853K，V(CO2):V(CH4)=1:1的条件下，对CO2/CH4重整反应进行了500h的稳定性试验，并对试验后的催化剂进行了热重分析/差示量热扫描(TGA/DSC)分析，表明催化剂上无积炭生成。
A.T.Aschroft等人则研究了负载Ni、Ru、Rh和Ir催化剂在该反应中的抗积炭性能，结果发现Ni、Pd催化剂因积炭很快失活，而具有抗积炭性能的Ru、Rh催化剂在运行260h后仍保持很高的活性。
目前，国外对贵金属催化剂的研究较多，但考虑到贵金属资源有限，价格昂贵和需要回收，不适合大规模应用。
我国的研究主要集中在非贵金属催化剂上，特别是在负载型催化剂的抗积炭能力的提高上。
(2) 载体的选择
最近的一些研究结果表明，负载Rh、Pt和Ni催化剂选择TiO2作为载体时，能极大地抑制积炭。
抑制积炭的主要原因可能是由于TiO2物种分布在金属表面，从而破坏利于碳形成的大活性金属集团的形成，还有就是由于TiO2中的O容易从TiO2迁移到金属表面，从而氧化金属表面上的积炭，TiO2中的氧迁移能力在单金属氧化物中是最强的，随后就是ZrO2、MgO、A12O3和SiO2。
Chang Jongson考查了Ni/分子筛催化剂在CO2/CH4重整反应中的活性和抗积炭性能。
结果表明，在140h稳定性试验中催化剂始终保持良好的活性和较高的抗积炭性能。
载体的Si/Al比对催化剂的抗积炭性能有影响。
黄传敬等人用HZSM-5分子筛作为Co基催化剂载体时，发现较高的Si/Al比有助于催化剂的抗积炭性能。
Takashi Hayakawa等人选用Ca0.8Sr0.2TiO3类钙钦矿型材料为载体，通过用少量Ni取代晶格中Ti的位置，利用稳定钙钦矿结构的“矩阵效应”得到高分散且稳定的Ni金属粒子，制备得到了高性能Ni基催化剂，这类载体可以提供碱土金属，催化剂抗积炭性能好，并且这类钙钦矿型材料具有很好的高温稳定性。
纪敏等人选择具有六铝酸盐结构的复合氧化物作为催化剂基质材料，将镍镶嵌在复合氧化物特定的晶格位置上，一方面提高镍离子的分散度和抗烧结能力;另一方面可以通过离子调变改变催化剂表面酸碱性，以提高催化剂抗积炭性能。
(3) 助剂
稀土助剂：近年来在催化剂中添加少量稀土氧化物作为助剂已引起广泛重视。
在Ni催化剂中添加稀土氧化物对催化剂有改性作用，能提高催化剂的稳定性和选择性，使活性组分的分散度和抗积炭性能有明显提高。
在以往的工作中，对Y2O3、LaO3和CeO2等稀土氧化物研究较多，而近几年，Pr6O11和Nd2O3也得到研究。
Ni/A12O3经Y2O3或La2O3改性后，其比表面积和孔容量显著提高，这
有利于Ni在催化剂表面的分散，使Ni的分散度得到提高，并且加入的稀土氧化物能高度分散于Ni晶粒的边界，降低了Ni的表面自由能，抑制了因表面扩散引起的晶粒长大，从而减少了Ni的活性集团数，提高了催化剂的抗积炭性。
碱性助剂：改善非贵金属催化剂的抗积炭能力的另一主要方法就是添加碱性助剂，对于CO2/CH4转化体系，这方面的研究工作已经展开。
因为CO2会在碱性催化剂表面上发生强吸附，覆盖大部分表面，因而可有效地抑制积炭。
另外，使用双助剂CeO2-MgO能有效地一直在Ni/r-Al2O3催化剂上的积炭。
K2O、Li2O、MgO等碱性助剂对催化剂都有明显改善作用，重整活性在不同范围里有不同程度的提高。
随着对二氧化碳重整甲烷反应研究的深人和测试手段的不断提高，人们对反应中的一些问题的认识正逐步加深，意见也趋于一致，一些问题如活性中心问题、载体效应和助剂的作用等正在逐步得到解决。
这些问题的解决将大大促进催化剂的开发。