[发明专利]甘油水热还原CO2生产甲酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用甘油作为还原剂水热还原CO₂成甲酸，同时甘油本身也转化成乳酸的工艺。具体是在水热反应条件下，利用甘油将CO₂还原成甲酸，同时甘油本身也转化成乳酸的技术，属环境工程技术领域和废物资源化技术领域。

背景技术

由CO₂引起的地球温室效应是当前全球最为关注的环境问题之一。如果再不及时采取措施扭转地球变暖的趋势，将直接威胁人类和地球的生存。但仅通过对CO₂的减排来控制温室效应还是不能完全达到我们的要求。CO₂是所有有机物燃烧后的最终产物。如能将排放的CO₂直接快速地还原成有机资源，这将更好的解决温室效应，是最根本有效的实现地球上资源和谐循环的方法。实际上，CO₂不是废弃物，它是有机物的碳源。它在地球上的总含量比煤炭、石油、天然气三大化石燃料的含碳量的总和还要多。从理论上看，在CO₂中加入氢，即可形成有机资源成为化石燃料的代替品。众所周知，水是氢的最大来源。因此，利用水中的氢还原CO₂，实现CO₂的资源化，使地球上丰富的水和CO₂转化为有机资源来替代化石燃料是最理想的途径。尽管，最近已有一些CO₂资源化的新技术。但这些研究一般利用外加氢作还原剂或在高温下进行反应，同时还需贵重的金属或金属氧化物做催化剂。

随着原油价格的上涨和对环境的关注，生物柴油作为一种环境友好的石化柴油的替代燃料，日益受到世界各国的重视。最近几年，生物柴油的产量急剧上升，例如在美国生物柴油产量由2005年的7,500万加仑增加到2006年的25,000万加仑，并且预计在2009年其产量将达到20亿加仑；而我国生物柴油年产量预计在2010年将达到100万吨，到2020年预计将达到900万吨。随着生物柴油产量的日益提高，其副产物甘油的产量按生物柴油产量的10％也是在急剧增加。因此，将生物柴油的副产物甘油转化成高附加值的产品是十分重要和迫在眉睫的事。虽然目前可以通过化学催化或者生物发酵等方法将生物柴油副产物甘油资源化，但是化学催化方法必须使用贵金属或者金属氧化物作为催化剂，生物发酵方法的周期较长。

300℃左右亚临界状态下的高温高压水的离子积常数为常温常压条件下水的离子积常数的10³倍，超亚临界状态下的高温高压水又具有与非极性的有机溶剂同等程度的介电常数等特性，同时，水热反应是以水为反应介质并且具有无毒无害不造成二次污染等特点，因此目前采用水热法来处理生物质的技术在世界上备受瞩目。我们通过大量的水热研究发现高温高压水具有还原性。例如：在废聚乙烯塑料的水热油化研究中发现水中的氢以游离态形式释放出来。最近，我们在对生物柴油副产物甘油的水热资源化研究中发现，甘油在以非常高的转化率转化成乳酸的过程中同时生成了大量的氢气(参见文献Conversion of glycerin into lacticacid by alkaline hydrothermal reaction，Chemistry Letters，2005，34：1560-1561)。但是，到目前为止，利用生物柴油副产物甘油在水热条件下的还原性，将CO₂转化成有机资源，同时甘油转化成高附加值的化工原料在文献中尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是公开一种在水热条件下，利用甘油，将水中氢还原出来进而直接还原CO₂成甲酸，同时甘油本身转化成为高附加值的化工原料乳酸的方法。

为了达到上述目的，本发明通过对甘油以及生物柴油副产物甘油和CO₂作为原料，在水热条件和碱的作用下，甘油将CO₂还原成甲酸钠或甲酸钾溶液，同时甘油本身也转化成乳酸钠或乳酸钾溶液，再经过后续处理得到甲酸和乳酸。