摘要 co2化學將對未來社會的能源結構和化學工業產生重大影響。本文講述了co2化學今年來的最新研究進展，特別是超臨界co2技術和co2資源轉化中有關co2催化加氫方面的若干關鍵技術問題。
關鍵字 co2化學超臨界co2 化學反應固定co2 co2資源化催化劑
1 引言
當co2的溫度達到304.265k,壓力達到7.185mpa時就會變成一種特殊狀態的流體即超臨界co2流體。
它具備一些特殊的性質，且在工業上這個溫度和壓力容易達到，所以co2超臨界流體容易製備，它在超臨界萃取和反應中有較廣泛的應用。
co2化學是c1化學的重要組成部分也是c1家族中最為廉價和豐富的碳資源。其固定化、超臨界co2技術及資源化研究是世界各國普遍關注的重要課題之一。
co2標準生成熱為-394.38kj/mol,惰性大不易活化，其化學固定和轉化都非常困難。co2的還原需要高能量並提供電子給體，如高能的還原劑h2，碳負離子或外部能源等。
由於h2**比較方便且加氫產物的種類和價值都較高。因此co2的催化加氫成為co2固定劑資源化研究中最為重要的核心問題。可以預期，這一瓶頸得以突破，co2將對未來社會的能源結構和化工產業起到不可估量的巨大推動作用。
2 超臨界co2技術
超臨界co2具有適合的臨界溫度和臨界壓力，並且還具有對人體和對動植物無害、不燃、沒有腐蝕性、對環境友好、原料易得、處理方便等優點。是目前使用最多的一種超臨界流體，主要運用在特殊材料的製備、特殊化學反應的溶媒等方面。
2.1 超臨界萃取技術（scfe）
超臨界co2萃取技術是近幾年來一種新型分離技術，由於超臨界二氧化碳的臨界溫度低，特別適用於一些易熱分解或氧化的物質的分離提純、具有生物活性的生物製品的提純。如蘇克曼等採用超臨界二氧化碳從樹蘭乾花直接製備樹蘭淨油，工藝簡單，制得的樹蘭淨油保持天然植物油香料的品質。而一般傳統工藝是採用石油醚萃取樹蘭乾花，然後將石油醚溶劑分離，得到的樹蘭油呈暗綠色，並且具有石油醚的氣味和類似植物油氧化腐敗後的酸臭味.
經gc-ms和氣相色譜分析，採用超臨界二氧化碳萃取得到的樹蘭淨油中a-石竹烯和β-石竹烯的含量均高於傳統工藝產品10﹪左右，這說明用超臨界二氧化碳萃取的產品具有較高的品質。ｗ，ｒoselins等採用超臨界二氧化碳處理菸草，將菸草中的尼古丁抽出，同時不破壞菸草的原始風味，提高菸草的品級。周永傳等採用超臨界二氧化碳萃取菸草加工過程的廢料，提取菸草香料，達到廢棄物再利用的目的。
試驗結果表明，採用超臨界二氧化碳萃取技術得到的產品，其質量要優於己烷萃取的傳統工藝產品。國內採用超臨界co2技術直接從油料作物製取精煉食用油脂已實現工業化生產。美國和德國主要採用超臨界二氧化碳萃取咖啡豆中的咖啡因以及從啤酒花中脫除蛇麻酮，還有脫除蛋黃中的膽固醇等。
2.2 超臨界流體化學反應（scfcr）
最近幾年，對用超臨界流體作為化學反應**的研究越來越感興趣。其原因是，目前傳統工藝用的化學反應**大多數對環境和人體有害，對生態系統有很大的破壞作用，有些溶劑已被列入嚴格控制或絕對禁止使用之列，有的溶劑**太貴，生產成本過高。超臨界二氧化碳**便宜，無毒，無害，化學惰性高，用它作化學反應介質沒有溶劑殘留，可以實施清潔生產。
另外，超臨界二氧化碳本身是萃取劑，它在反應的同時又起到萃取分離的作用，實現反應—分離一體化過程，二氧化碳可以迴圈使用，不但提高生產率，而且節約能源、資源。用超臨界流體作反應介質還有乙個特點，就是它的高擴散係數、低粘度和低表面張力使反應速度大大加快，它的高滲透性又促進催化反應更易於進行。最具吸引力的是超臨界流體不僅對液體和的固體有很強的溶解能力，而且與氣體混溶，因此，對於那些在通常條件下因氣體溶解度太小而無法進行或難進行的化學反應，改用超臨界流體作溶媒後，就變得更易進行，或反應速度明顯提高。
同時，當化學反應在超臨界二氧化碳中進行時會表現出一些新規律和新現象，實現一些目前較難的進行的反應。
超臨界二氧化碳本身既不是液體也不是氣體，但它兼具液體和氣體的性質。由於它處於超臨界狀態，因此，它具有些獨特的性質，例如，它可以處於氣體和液體間的任意密度，而且壓力的微小變化就能引起密度的大幅度的變化，由於物質的密度直接影響其黏度、比熱容、介電常數、溶解能力等性質。因此，可以通過微調壓力來控制這些物理量的變化。
這表明，單一的超臨界流體可以適用於多種反應條件。鑑於超臨界二氧化碳的優異特性，最近10年多來，對在超臨界二氧化碳中的化學反應的研究日趨深入，取得不少引人注目的成就，主要有以下幾個方面。
2.2.1 酶催化反應
酶催化反應的傳統工藝使用水作反應介質，後來改用有機溶劑作介質，結果使酶催化反應得工業化取得成效。最近幾年，人們採用超臨界二氧化碳做溶媒，以代替有機溶劑，發現酶的活性更高，更穩定，反應速率也大幅度提高，更為方便的是實現了反應—萃取一步到位。
2.2.2 氧化還原反應
在超臨界二氧化碳介質中進行氧化還原反應時，反應物的溶解度大大增加，反應物在超臨界二氧化碳中得擴散係數比在普通溶劑中大得多，而且反應物之間的混合更加充分，使反應的機率大幅度提高，反應結束，僅需簡單調解反應體系的壓力，就能使產物的到分離。例如，s.saito也於最近報道了在超臨界二氧化碳中丙烯的氫甲醯化生成丁醛的反應，正丁醛的產率達88﹪, 異丁醛的產率為12﹪。
如果二氧化碳本身作為反應物料參加反應，那麼在超臨界狀態下的反應速率成倍增加，反應更安全，原料可以迴圈使用，目的產物的產率也大幅度提高。如ｐ.ｇ.
ｊessop用三己胺和銣作催化劑，二氧化碳在超臨界態下與氫直接反應合成甲酸，反應選擇性100﹪。
3 超臨界流體用於新材料製備和加工（ress）
將物料溶解在超臨界二氧化碳中製備超臨界溶液，然後在高壓下通過噴嘴以及高的流速噴射進入常壓空間，超臨界溶液即可發生快速膨脹，這個過程也稱為ress過程，這時候超臨界狀態立即消失，超臨界溶液分離成氣液兩相，溶質在瞬間的相變激發下，形成超晶態，以微公尺級的超細粉末沉澱下來，可用於微細粒子、超細粉末和微纖維、微薄膜的製備，特別適用於熱敏性、易分解、難分散、不能採用研磨粉碎的精細化工產品的製備。據報道在含有乙醇的超臨界二氧化碳中溶解聚合物和藥物，用這種超臨界溶液通過上述方法，可以製備外表包裹聚合物、核心是藥物的緩釋微顆粒藥劑。
4 超臨界二氧化碳其他方面的應用
超臨界二氧化碳可以代替發泡劑做泡沫塑料，減少作為發泡劑的二氟二氯甲烷和；二氟一氯甲烷等氟氯烴的排放，保護臭氧層；超臨界二氧化碳可以代替噴漆和塗料中的有機溶劑使噴霧均勻、乾燥快、且可以阻燃，減少原來有機溶劑用量的80﹪。有效防止環境汙染保障工人的身體健康；超臨界二氧化碳可代替清洗劑用於精密儀器和衣服的乾洗，減少合成洗滌劑的用量，減少作為幹洗劑的全氯乙烯的使用和排放，減少對空氣和地表水的汙染。
5 二氧化碳的固定化分離技術
二氧化碳的固定化是將二氧化碳氣體轉化為穩定的液態或固態形式，包括形成純的二氧化碳或其他化合物，二氧化碳的固定方法大致可分為物理法、化學法和生物法。
5.1 物理分離技術
工業已應用的二氧化碳的富集分離技術有溶劑吸收法、低溫蒸餾法、膜分離法和變壓吸附法以及這些方法的組合。吸收溶劑法主要包括含有縮硫醇的烷醇胺、含有烷基呱嗦的甲基二乙醇胺、含有碳酸鉀的三丁基磷酸酯、二烴基碳酸酯、單一矽烷等。開發新型高效分離劑是目前物理及化學方法分離固定二氧化碳的研究焦點，近期典型進展有仿生物吸收法、復配組合復合胺溶液離子液體分離溶劑等。
5.2 化學法固定二氧化碳技術
利用催化劑還原二氧化碳製取有機無機化工產品，是二氧化碳資源化技術的乙個重要組成部分和研究熱點，該部分將在二氧化碳的資源化技術的評述章節中討論。
5.3 生物法固定二氧化碳的技術
二氧化碳生物法固定法近年來受到了廣泛關注。一些自養微生物可在溫和條件下實現二氧化碳向有機碳的轉化，這些微生物大致可分為兩類即光能自養型微生物和化能自養型微生物。前者主要包括微藻類和光合細菌，它們都含葉綠素，且以光為能源。
二氧化碳為碳源合成菌體的組成物質或代謝產物；後者以二氧化碳為碳源，主要以h2、 h2s 、nh4+、 fe2+等還原態無機物為能源。化能自養型和光能自養型微生物可將co2先還原成[ch2o]，再進一步合成複雜的細胞成分。微生物在固定co2的同時又可產生許多高營養、高附加值的產品如菌體蛋白、多醣、乙酸及甲烷等。
隨著新型固定co2的微生物不斷被發現以及現代微生物育種技術的應用，生物法高效固定co2將會成為乙個潛在的應用技術。近年來這一技術領域研究重點主要集中在以氫細菌的研究及開發較為深入
6 二氧化碳的資源化技術
6.1 二氧化碳資源化利用現狀
基於二氧化碳的物理、化學特性，在國民經濟中用途甚廣，液體二氧化碳及乾冰已廣泛地應用於菸絲膨脹、代替氟氯烴用作聚苯乙烯泡沫板材料的發泡劑、氣體保護焊接、食品的冷藏保鮮、冷藏運輸、植物氣肥、殺菌氣、飲料新增劑、氣霧劑、去霧劑、驅蟲劑、中和含鹼汙水、氰廢水解毒劑、水處理的離子交換劑、樹脂發泡劑、人工降雨、消防滅火、軸承裝配、燃料生產、低溫實驗、木材儲存劑、**成型劑、混泥土新增劑、核反應堆淨化劑、冶煉操作中灰塵遮蔽劑、超臨界萃取劑、超臨界清洗劑、石油助採劑、膠合板的防腐等；同時；二氧化碳是潛在的碳資源，以二氧化碳為化工原料生產的無機化工產品有尿素、白炭黑、碳酸鋇、晶體碳酸鈣、硼砂、輕質氧化鎂、輕質磷酸鈉、輕質碳酸氫鈉等；有機化工產品有水楊酸、雙氰胺等；處於研究開發的化工過程有二氧化碳催化加氫合成甲醇、乙醇、甲烷、醋酸、天然氣與二氧化碳合成烴、二氧化碳轉化為碳、co等。甲烷和co2製取清潔柴油、石腦油和石蠟、生物降解塑料、多醣等。
6.2 co2的化學加工
利用co2作為有機合成的基本原料進行化工合成關鍵是解決co2的活化問題。各國科學工作者多年了致力於co2活化研究，做出了不懈的努力，在co2的活化新途徑、新工藝、發展新產品等方面取得了一些進展，為co2的化學加工奠定了一定基礎。
co2與co一樣，通過適當方式活化可用作有機合成的起始材料，進而合成許多有機產品。有些co2化工利用技術已經成熟，例如合成尿素、製取脂肪酸和水楊酸及其衍生物、生產碳酸鹽、調整水蒸氣變換氣中的co與h2比例。此外，還發展了新的工藝方法。
例如在一定條件下co2可以被氫化還原為甲烷、甲醛、甲醛及其衍生物；合成天然氣、乙烯、丙烯等低碳烴類；合成甲醇、壬醇、草酸及其衍生物、內酸及芳烴的烷基化產物；合成高分子單體及其進行二元或三元共聚；製備一系列高分子材料等。原則上co2可以轉化為碳、醇、合成氣、醛、脂等物質。
二氧化碳用途
食品和飲料 二氧化碳飲料的碳酸化。作為一種天然的防菌物質，二氧化碳還能用於延長乳製品的貨架時間，保證口味和質地，減少天然或人工防腐劑的使用。其它應用包括 食品冷凍和冷卻，包裝，混合和攪拌冷卻，配料冷卻和運輸以及運輸過程中的冷藏。二氧化碳的固體形式也稱作乾冰。許多人知道二氧化碳可用於食品冷凍 碳酸飲料...
二氧化碳雷射
二氧化碳雷射於1964年首次運用其波長為10.6m。因為這是一種非常有效率的雷射，作為商業模型來說其轉換效率達到10 所以二氧化碳雷射廣泛用於雷射切割，焊接，鑽孔和表面處理。作為商業應用雷射可達45千瓦，這是目前最強的物質處理雷射。1 運作原理 二氧化碳雷射是一種分子雷射。主要的物質是二氧化碳分子。...
二氧化碳的性質
課題3 二氧化碳和一氧化碳 晉莊中學邊永強 一 教材分析 一 教材的地位及其作用 本單元是初中最為完整的學習元素和化合物知識體系的乙個單元，本節課的知識體系既能聯絡到碳單質，又學習到了碳酸和碳酸鈣等化合物知識，同時為以後的學習打下基礎。所以本課題內容是本單元內容的核心和紐帶。本節教材總體來說難度不大...