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作者信息：

1.第一作者：

  浙江大學材料科學與工程學院博士生王勝華。

2.通訊作者：

 1）浙江大學硅材料國家重點實驗室孫威研究員、楊德仁院士

 2）加拿大多倫多大學Geoffrey Ozin教授

文章簡介：

利用各種催化手段將CO₂轉化為高附加值產物理論上可以有效應對由CO₂過量排放帶來的環境問題以及由化石燃料大量燃燒所帶來的能源短缺問題。然而目前催化反應的驅動能源主要還是源于化石能源的燃燒，這是一個釋放CO₂的過程。所以這里就產生了一個問題：利用催化能否真正實現CO₂負排放？

本文主要針對近年來新興的光熱催化和傳統的熱催化，以間歇釜和流動相反應器中的逆水煤氣和Sabatier反應為例，討論了在這兩種催化模式下CO₂的足跡。要點如下：

    1）歸納了影響CO₂凈排放速率的幾個要素：生產一千瓦時電排放的CO₂量；生產一摩爾H₂排放的CO₂量；CO₂轉化速率；催化反應中各裝置的電功耗。把這些要素與CO₂凈排放量進行了關聯，提出了一些通用性公式，可以用來初步評價各單獨體系的CO₂凈排放速率；

    2）分別以1）中的幾個要素為變量對熱催化和光熱催化中的CO₂凈排放速率進行演繹，提出了幾點有助于CO₂減排的途徑：①發展和升級電力生產系統，減少發電過程中CO₂的排放；②發展節能設備；③優化反應器排布；④設計和制備高性能催化劑；

    3）以實驗室規模的反應系統為例進行了演算，發現對于間歇釜反應器，只有當氙燈光源功率小于0.12 kW時通過光熱途徑的凈CO₂排放量才比熱催化的小。在設備組裝和配置合理的前提下，使用太陽光或清潔能源可以在CO₂轉化速率達到 1mol·g^?1·h^?1時就可以實現CO₂零排放。當以太陽光作為光源時流動相反應器似乎比間歇釜更有優勢，實現CO₂零排放只需CO₂轉化速率達到0.176 mol·g^?1·h^?1時即可。盡管如此，想要在達到這個速率的同時實現高CO₂轉化率還是比較困難的。值得注意的是本文提出了一條通往CO₂負排放的理想途徑：當選取太陽為光源且氫氣的生產來自于可再生能源時，以流動相反應器為媒介通過光熱催化途徑總是可以實現CO₂負排放。

相信本文提出的一些通用性公式以及展望對光熱催化CO₂減排的未來發展會有一定的啟示性作用。文章DOI :10.1002/smll.202007025，原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202007025

文章中所使用的的儀器：

產品名稱：微型光熱催化微反系統

產品型號：CEL-GPPCM

CEL-GPPCM微型光熱催化微反系統適用于光熱協同催化、光催化催化劑的評價及篩選，可做光催化的反應動力學、反應歷程等方面的研究。主要應用到高溫光熱催化反應，光熱協同催化，具體可用于半導體材料的合成燒結、催化劑材料的制備、催化劑材料的活性評價、光解水制氫、光解水制氧、二氧化碳還原、氣相光催化、甲醛氣體的光催化降解、VOCs、NOx、SOx、固氮等領域。

系統采用石英反應器，可滿足透光的要求，能進行高溫的實驗。系統采用加熱爐給反應器加熱，可保證反應過程中溫度的穩定。

系統設計為三條氣路進料，配有1路氣體吹掃，同時預留1路液路接口（可定量加入所需液體原料）。

系統包括：進料穩流系統、反應恒溫系統，產物收集系統、控制系統

系統柜體采用鋁型材制作，采用配套的螺栓、螺母固定件，美觀大方，維修拆卸方便。與管線連接處采用雙卡套接頭，更換反應器即可做高壓實驗和常規熱催化反應。

技術參數：

1.進料系統：3路反應進氣（可擴展至4路），默認流量100mL/min；氣體流量控制精度：±1%；配有1路吹掃氣；配有1路液路接口。統裝有配氣出口，可單獨做為配氣系統使用。
2.反應器 ：操作壓力：微正壓（主要用于克服系統的壓力降）；設計溫度：≤800℃，配程序控溫，開式加熱爐；設計壓力：常壓, <0.6Mpa，反應區可恒定壓力；催化劑裝填量：0.1mg---100mg；材質：石英玻璃。

3.參數指標：

壓力顯示精度：±0.01MPa；溫度顯示精度：±0.1℃；溫度控制精度：±1℃；流量控制精度：±1%F.S

4.控制系統：

系統采用控制模塊加觸屏計算機（含）聯合控制，在觸屏計算機上可實現100%儀表功能操作如實時讀取測量值、給定值、設置參數、自動/手動切換、啟動運行/停止程序，并具備數據存儲和導出功能。

5.過程監視控制：實現對反應器的溫度、氣體流量的控制和顯示。實現對反應過程中壓力和反應器床層溫度的監視。

6.實現對溫度、壓力的越限報警及連鎖安全保護。溫度為兩級報警，溫度高于第一設定值時聲光報警，高于第二設定值時自動停止加熱；壓力高于第一設定值時聲光報警，高于第二設定值時停止進料。

7.現場顯示：反應器進口設有1塊精細壓力表，用于實時顯示當前反應器的反應壓力，同時匹配數顯壓力傳感器控制屏顯示。

8.控制界面：控制界面有帶控制點的控制流程圖、參數設置表、程序升溫設置、報警窗口、歷史數據以及各控制點的實時曲線和歷史曲線，歷史曲線保留時間永久。

產品名稱：光催化反應釜

產品型號：CEL-HPR100

CEL-HPR100光催化反應釜高端版采用藍寶石大視窗，采用雙點控溫（無沖溫），標配控溫攪拌和400mm行程自動升降平臺；技術上采用新的卡環法蘭結構，模塊加熱，實現恒溫定時和運行定時功能、在線取液體樣和氣體樣品。更安全的設計，可24小時不間斷工作。

產品優勢：

1)自主研發控溫系統，創新性的采用釜內釜外雙控溫，杜絕溫度過沖；

2)配置藍寶石（Al2O3）晶體窗口，具有高強度、高硬度，耐高溫、耐磨擦、耐腐蝕，透光性能好、電絕緣性能優良；

3)內部磁力攪拌：可選擇磁子懸浮攪拌，無裸露旋轉部件；

4)反應釜體內部可采用聚四氟噴涂工藝，規避污染；

5)釜體內部即可實現氣固液反應，也可以實現氣固反應；

6)實現在高壓（<10MPa）高溫(<300℃)下的材料催化；

7)法蘭雙線密封技術，解決傳統密封泄漏問題，實現快速拆裝；

8)配置美國anlok高質量針型閥、三通球閥、壓力表，實現了靈活控制釜體壓力；

9)配置安全卸荷閥，給實驗安全環境又添了一道安全。

技術參數：

文章下載鏈接：

Small online版(supporting)-浙大孫威.pdf

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