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《洁净煤技术》“光煤互补”虚拟专题

来源：洁净煤技术

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行业视野: 新能源
类别; 109个
关键词; 97位
专家; 23篇
论文; 18645IP
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光､电催化CO2耦合有机化合物催化转化研究进展

作者(Author)：王若愚, 李金昊, 宁晨君, 田强, 赵宇飞

摘要：CO2资源化利用是降低CO2排放，实现碳中和的重要方式。其中，CO2与有机化合物耦合催化转化被认为是最有效的CO2资源化路径之一。经典的热催化耦合反应由于反应条件较为剧烈，导致能耗较高且增加了碳排放，使其应用受到限制。研究表明，使用光、电催化CO2与有机化合物耦合制备高附加值产品可直接利用清洁能源，不仅实现CO2减排，促进可持续发展，还可获得碳酸酯及羧酸等高附加值化学品，创造更多经济价值。该类催化反应通常以有机分子活化为主，CO2分子活化为辅，通过光或电活化底物分子，生成高能量的活性中间体，进而克服热力学障碍。从光、电催化的优势、反应效率和反应条件等方面综述近年来光、电催化CO2与有机化合物耦合制备碳酸酯、羧酸等研究进展，详细讨论了针对不同类型有机化合物的活化策略以及各类反应的反应机理，最后提出了该领域当前仍面临的挑战并对未来进行展望。光催化多用于CO2对C—O键、C—H键的插入，主要产物分别为酯和羧酸，反应多在常温常压下进行。其中CO2与环氧化物的环加成反应研究较多，其多相催化反应已具有理想的转化率和选择性；CO2与烃类反应对合适的底物可达到理想的羧酸产率，但需均相催化剂的催化。此外，光催化反应中普遍存在的反应速率不高、可见光不易利用等问题也亟待解决。电催化多用于CO2在阴极端对C—X键、C=C键的插入，主要产物分别为羧酸和二羧酸，反应大多在常温常压下进行。其中，C—X键的还原羧化可在电极表面或溶液中存在催化剂时高效进行，但反应常生成烷烃等副产物；C=C键的还原羧化无需催化剂，但存在单羧酸和二羧酸的竞争，当底物为共轭二烯时产物更复杂。该体系研究中多采用活泼金属作为牺牲阳极，因此除提高某一产物的选择性外，未来该类型电催化反应还应考虑阳极的高效利用。

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2022年第09期

668

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多能互补电力系统碳排放及可靠性分析

作者(Author)：董瑞, 李星, 高林

摘要：随双碳目标提出，我国需要加速构建安全经济低碳的电力系统，然而高比例火电装机CO2排放量较大，大规模可再生能源装机会导致电力系统可靠性变差，接入储能和碳捕集设备可在一定程度上兼顾碳排放及系统可靠性的问题，但同时也会导致发电成本升高。基于某能源基地分析了不同可再生能源装机比例下系统的碳排放强度及系统可靠性指标，明确了不同技术路线下系统满足碳排放及可靠性约束时的碳捕集量及所需储能输出功率，对比了统一碳排放及可靠性指标后的系统经济性。结果表明，通过生物质耦合碳捕集技术，可实现电力系统的零碳排放甚至负碳排放。储能可有效提高系统可靠性，对于总装机5 000 MW系统，可再生能源装机比例每升高20%，需接入功率850～875 MW的储能设备，以满足系统可靠性要求。随着碳排放要求提高，系统发电成本不断升高，在满足碳排放和可靠性约束的前提下，60%可再生能源装机比例具有最高的经济性。

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2022年第08期

525

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Ag/AgCl改性Bi5O7I/Bi2O3复合材料光催化氧化单质汞性能

作者(Author)：石磊, 张安超, 张慧鸽, 张倩倩, 郑宏祥, 张旭, 张景繁

摘要：汞具有剧毒性、大气迁移性和生物累积性等特征，对生态环境和人类健康构成严重威胁。我国燃煤汞排量居世界首位，加强汞控制技术研究势在必行。燃煤烟气中单质汞(Hg0)的高效氧化是治理汞污染的关键。以Ag/AgCl改性的Bi5O7I/Bi2O3复合材料为光催化剂，在湿法光催化反应器中研究了Ag/Bi质量比、pH、无机阴离子、SO2和NO等参数对光催化剂脱除气态单质汞的影响；采用N2吸附-脱附、XRD、SEM、DRS、XPS和ESR等手段对光催化剂进行表征。结果表明，当Ag/Bi质量比为0.03时，Ag/AgCl改性Bi5O7I/Bi2O3复合材料的光催化氧化能力最佳，脱汞效率可达98.5%；随反应溶液pH的升高和无机碳酸根离子的添加，脱汞效率明显降低；与NO相比，SO2对气态单质汞脱除性能影响较大。添加Ag/AgCl改变了Bi5O7I/Bi2O3中Bi和O的化学存在形态，Ag/AgCl与Bi5O7I/Bi2O3之间可能形成了Z型异质结，这对四元复合光催化材料的活性起着至关重要的作用；自由基捕获试验表明超氧自由基（·O-2）和空穴（h+）是脱除Hg0的主要活性物质。

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2022年第06期

564

407
光催化CO2转化研究综述

作者(Author)：佟振伟, 钟振成

摘要：以获得具有经济价值的能源或化学品为目标的CO2化学转化，可实现 CO2 的资源化循环利用，是解决我国碳排放问题、实现碳中和目标的潜在路径。光催化技术相比传统的热催化，具有能耗低、反应条件温和等优势，是实现CO2能源化利用的理想方式之一。然而由于CO2极其稳定，导致反应转化率低。光催化CO2转化反应的核心是通过设计催化剂和反应体系，尽可能提高光催化剂的催化活性，进而提高CO2还原产物的选择性和产率。基于现阶段对光催化CO2转化技术需求的紧迫性，及时全面了解近几年该领域的研究进展有助于合理分析未来研究方向。主要从光催化还原CO2反应技术优势、反应机理、催化剂种类和最新研究成果等方面综述了光催化CO2转化利用的研究进展。详细阐述了光催化体系的组成、CO2得电子的还原过程和目前CO2光催化转化产物产量规模及影响产物选择性的因素，重点探讨提高光催化反应转化率的策略，包括引入贵金属助催化剂、构建异质结结构、挖掘新型光催化剂、构建促进电子传递通道和电/热催化与光催化的耦合等。结果表明，上述策略均可不同程度提高CO2转化反应的转化率，还原产物种类也从C1产物逐渐发展到C2产物，其中光电/光热催化相较于单独光催化具有更高的转化率，这使得光催化CO2转化技术在未来应用的可能性得以提升。此外，指出了当前光催化CO2能源化利用方面存在的不足，如转化效率低、产物选择性差和无法实现高附加值产物的可控合成等，对光催化实现CO2能源化利用的研究重点，即高效光催化剂的开发、催化过程动力学反应机理进行了展望。

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2022年第06期

577

481
活性炭负载TiO2吸附与光催化降解甲醛研究进展

作者(Author)：惠世恩, 朱新伟, 王登辉, 刘长春

摘要：甲醛污染日益严重，有效降解甲醛是亟需解决的现实问题。以生物质材料、不同变质程度的煤、石油焦等为原料制得的活性炭具有比表面积大、吸附效率高等优点，在吸附、分离甲醛污染物方面具有显著优势。综述了活性炭吸附机理及改性机理、TiO2光催化反应原理、提高光催化活性的途径、TiO2负载等，分析比较了活性炭和TiO2/AC对甲醛的吸附降解性能，并对活性炭改性、TiO2/AC吸附-光催化的未来方向进行了展望。活性炭以物理吸附为主，在一定压力、温度条件下会发生脱附，造成二次污染。通过酸化改性可改变活性炭的孔径分布和表面酸性官能团含量，将物理吸附转变为物理-化学联合吸附，可有效提高甲醛分子在活性炭表面的吸附。除了活性炭吸附甲醛外，TiO2无毒无害、安全绿色、光催化效率较高，是公认的较理想光催化降解甲醛等污染物的材料，根据TiO2光催化原理，通过—OH和—O-2两种氧化能力极强的活性物种，甲醛等污染物能被催化降解为CO2、H2O或其他无机小分子。然而，TiO2量子效率低、可见光吸收范围窄、重复利用率低等问题限制其大规模工业应用。金属离子掺杂进TiO2后形成电子、空穴的浅捕获势阱，非金属阴离子取代TiO2氧位后，改变结构的畸变程度，一定程度上减少了电子-空穴对的复合。通过复合敏化可将禁带宽度不同的半导体组合形成一个异质结，拓宽复合催化剂的光谱响应范围。将TiO2负载在活性炭上制得TiO2/AC吸附催化协同材料，有利于解决催化剂难以回收利用的问题，通过活性炭对甲醛的吸附与浓缩，为光催化提供良好的反应环境，提高降解速率。通过控制活化与炭化过程，开发出具有特异吸附能力的活性炭；随着对TiO2机理的深入探究，制备去除效率高、吸附容量大、能耗低、具有选择性的TiO2/AC材料，提升吸附催化协同材料的制备水平，有利于实现高效清洁降解甲醛的技术目标。

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2022年第02期

1116

906
燃煤电站与光伏余热辅助胺法脱碳系统集成

作者(Author)：邢晨健, 王瑞林, 赵传文

摘要：为应对全球变暖问题，对现有的燃煤电站进行碳捕集改造以及大力发展清洁能源是势在必行的举措。化学吸收法在碳捕集技术中发展最为成熟，但其再生能耗极高严重影响了燃煤电站自身的发电效率，因此有学者提出通过清洁能源辅助碳捕集的利用方式，其中光热辅助碳捕集是应用最为广泛的，但该利用方式未发挥单一光热的利用潜力。通过利用聚光光伏发电过程中产生的大量低品位废热辅助碳捕集可以提高光伏系统效率同时对低品位废热进行了有效利用。基于此本研究构思了聚光光伏-光伏余热直接辅助碳捕集的新系统，建立了聚光砷化镓-余热辅助胺法脱碳的能量转化模型，验证了聚光光伏余热在质和量上都具有直接辅助胺法脱碳的潜力，依据热耗灵敏度分析优化了胺法脱碳系统关键参数，其最低热耗可达3.7GJ/ton CO2，分析了电池工作温度及辐照强度对系统碳捕集性能以及光电效率的影响规律，确定了电池最优工作温度为140℃。将新系统集成于典型600MW燃煤电站，并与参比系统比较可得：相较于单一燃煤碳捕集，电站发电效率提升6.01个百分点，同时增加光伏发电185.2MW；相较于单一光伏发电，光伏发电量降低15.79MW，但占接收太阳能70%的余热得到了有效利用，其可实现461.75t/h CO2捕集。新系统在典型日的光伏日均发电为61.8MW，日均碳捕集量为155.6t/h，为实现年碳捕集保证率达80%以上，需要约4km2以上的聚光面积。新系统通过利用光伏余热代替了原本的从电站低压缸抽汽，消除了碳捕集对电站的能源惩罚，同时将高品位的太阳能转化为了电，并对低品位的光伏余热进行了对口利用。系统最终实现了太阳能的高效利用以及化石能源的并行清洁利用。

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2021年第02期

671

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热助光催化CO2还原研究进展与展望

作者(Author)：赵江婷, 熊卓, 赵永椿, 张军营

摘要：光热催化是一种极具前途的CO2还原策略，可以利用太阳光谱的广泛吸收来激发热化学和光化学过程的结合，从而协同推动催化反应的进行，使得CO2在较为温和的条件下实现高效转换。作为光热催化的一种，在光催化中引入热能，可以提高太阳光利用率，促进载流子的激发和分离，加快反应分子扩散，从而提升反升性能。本文对当前光热催化CO2还原的概念和原理进行了分类，并对热助光催化还原CO2反应的研究现状进行了总结。基于反应产物的差异，介绍了热助光催化反应的催化剂选择，反应条件和反应机理，此外，还介绍了这类反应实验中关键的局部测温技术。最后对热助光催化CO2还原技术的发展进行了展望。

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洁净煤技术

2021年第02期

1986

708