生物质是地球上最丰富的可再生资源

  发布时间: 2019年07月26日 08:33:01   作者: 广丰能源网

提到能源,人们首先会想到煤炭、石油、天然气等,它们在各行各业中有着举足轻重的地位。近年来,随着化石能源的减少和环境污染的增加,寻找能够替代化石能源等一次性能源的新型可再生能源迫在眉睫。

生物质是地球上最丰富的可再生资源

生物质能,这种可再生能源越来越得到科学家们的青睐。生物质能是利用自然界的植物、粪便以及城乡有机废物转化成的能源。

生物质是地球上最丰富的可再生资源,如何有效利用这种资源,是科学家们一直努力探索的问题之一。

以农作物秸秆为例,中国每年产生超过7亿吨秸秆类生物质,这类本应成为宝贵资源的生物质目前除少部分被有效利用外,其余全部被焚烧或经过自然降解而被消耗。季节性焚烧农作物秸秆已成为中国独有的一道“风景线”,生物质资源“找不到对的人”的状况不仅造成巨大资源浪费,而且产生的大量二氧化碳及甲烷等温室气体会对环境造成恶劣影响。

因此,生物质资源的有效利用对于改善环境、部分替代化石能源和可持续发展等具有重大意义。

科学家发现,生物质及其衍生平台分子经过多种催化转化过程,可以转化成燃料和化学品,用来取代化石资源。由于其丰富的含氧量,生物质衍生平台分子的“选择性加氢”被认为是生物质精细化工生产中应用最广泛的方法之一。

也就是说,有效利用生物质资源的关键,在于找到合适的催化剂,这就相当于给生物质资源寻找一个“对的人”。

为了寻找这个“对的人”,科学家们一直想了很多办法。

目前“加氢催化剂”的活性组分主要依赖于贵金属(铂,金,钯,钌等)活性位,但它们的储量低且价格昂贵,严重制约了其工业化应用。而传统非贵金属纳米催化剂由于形貌和尺寸均一性差、活性位点单一,导致了其在加氢催化过程中的活性、选择性以及稳定性差。

虽然最近基于金属有机框架材料制备低成本、高催化活性的金属-氮-碳结构的催化剂体系得到了研究者的广泛关注,但是金属有机框架材料的高温直接碳化会导致氮含量和孔隙率下降,影响材料的催化性能。因此,需要构筑合适的纳米结构去保持材料的催化活性。

那么,如何才能构筑出合适的纳米结构以保持材料的催化活性呢?

最近,中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所给出了答案:他们找到了一种适合于生物质加氢的高效非贵金属催化剂,即氮掺杂碳纳米管包裹的钴纳米颗粒催化剂。

由于高温分步热解使得碳纳米管的生长更有序,同时一维碳纳米管结构可有效阻止碳化过程中钴颗粒的增大和团聚,使得钴纳米颗粒被高度均匀的包裹于氮掺杂碳纳米管。

分析表明,所构筑的催化剂存在大量的钴-氮活性位,进而导致非贵金属催化剂在生物质加氢过程中具有“三高”,即高活性、高选择性以及高稳定性,其催化性能达到甚至超过现有贵金属催化剂的水平。

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