Как получить угарный газ из углекислого газа?

8 ответов на вопрос “Как получить угарный газ из углекислого газа?”

  1. Mebar Ответить


    Экологи продолжают борьбу с выбросами углекислого газа, генерируемого деятельностью человека, хоть спор о том, виноват ли CO2 в изменении климата, по-прежнему не решен. Например, в Исландии парниковые газы «упаковывают» под землей: там он обретает твердую форму, вступая в химическую реакцию с вулканическими базальтовыми породами. В Швейцарии создали установку, которая «поедает» углекислый газ, всасывая его из воздуха, чтобы затем выпускать его в нужном месте, к примеру, в теплицах на сельскохозяйственных предприятиях для стимулирования роста овощей.
    Ученые из Нидерландов предложили использовать процесс электровосстановления CO2 для производства широкого спектра полезных продуктов буквально из воздуха. Это позволит сократить выбросы углекислого газа в разы. Руководитель исследовательской группы Мин Ма (Ming Ma) поясняет: улавливание и использование углерода принесло бы больше пользы, чем широко распространенное сегодня улавливание и хранение углерода. Последний процесс включает в себя выделение CO2 из промышленных и энергетических источников, транспортировку к месту хранения и долгосрочную изоляцию. Предполагается, что такая стратегия помогает бороться с глобальным потеплением, а также загрязнением окружающей среды.
    Однако улавливание и использование углерода имеет гораздо большие перспективы. Оно подразумевает электрохимическое восстановление CO2 до различных веществ (от спиртов до топлива).
    По словам ученых, диоксид углерода (CO2) можно превратить в монооксид углерода (CO, он же угарный газ), метан (CH4), этилен (C2H4) и даже жидкие продукты, такие как муравьиная кислота (HCOOH), метанол (CH3OH) и этанол (C2H5OH).
    Углеводороды с высокой плотностью энергии можно использовать в качестве топлива, а также в качестве исходного сырья в процессе Фишера-Тропша. Это химическая реакция, которая применяется в промышленности для превращения монооксида углерода (CO) и водорода (H2) в различные жидкие углеводороды, такие как метанол или синтетическое топливо (например, дизельное).

    Мин Ма и его коллеги исследовали, что происходит на наноуровне, когда в процессе электровосстановления CO2 участвуют различные металлы. В результате ученые пришли к выводу, что можно производить любой продукт на основе углерода или его комбинаций с другими веществами в любом желаемом соотношении. К примеру, при использовании смеси платины и золота можно в относительно больших количествах получать муравьиную кислоту (HCOOH), которая может найти применение в топливных элементах.
    Ученые из Института катализа имени Борескова в Новосибирске также придумали способ переработки атмосферного углекислого газа в синтетическое газовое топливо.
    Как сообщает издание Сибирского отделения РАН «Наука в Сибири», идея новосибирских ученых заключается в том, что углекислый газ предлагается брать непосредственно из воздуха, вместо того чтобы поглощать из дыма тепловых электростанций, работающих на углеводородном топливе.
    Первый этап такого процесса — электролиз воды, в результате которого выделяются водород и кислород, причем последний возвращается назад в атмосферу. А чтобы собрать газ из воздуха, ученые разработали специальный материал — сорбент — на основе оксида алюминия, пропитанного карбонатом калия. Материал «впитывает» газ подобно губке. При нагревании материал отдает углекислый газ, который взаимодействует с водородом в присутствии катализатора, в результате чего получается метан. Получаемое таким образом топливо, по словам разработчиков, можно использовать для обогрева помещений или заправки транспортных средств.

    Американские инженеры тоже предложили получать топливо из углекислого газа. Группа инженеров из MIT под руководством Сяо-Ю Ву (Xiao-Yu), Рональда Крейна (Ronald C. Crane) и Ахмеда Гониема (Ahmed Ghoniem) разработала мембранную методику переработки углекислого газа в моноксид углерода, который можно использовать как топливо и сырье для химической промышленности.
    Мембрана не пропускает моноксид углерода и другие газы — только кислород. Пропуская через такую мембрану продукты реакции термического разложения углекислого газа, можно получать кислород и газовую смесь с высокой концентрацией CO. Эту смесь можно использовать как топливо саму по себе или в смеси с водородом; возможно также использование в химической промышленности для получения метана, метанола и других видов топлива. В лаборатории ученые уже опробовали некоторые из перечисленных подходов.
    Процесс получения CO из CO2 остается энергозатратным, но авторы разработки предлагают устранить этот недостаток, устанавливая мембраны непосредственно на установках, в которых в больших количествах сжигается углеводородное топливо; тогда энергия, необходимая для реакции, будет поступать непосредственно от реактора. Гонием описывает возможность применения мембраны на электростанциях, которые работают на природном газе. Основной продукт его сжигания — углекислый газ, поэтому ученые предлагают делить природный газ на два потока. Газ первого потока сжигать для получения электроэнергии и направлять образовавшийся CO2 в камеру для разложения на CO и O2, а газ второго потока использовать для связывания кислорода. Такой метод может снизить выбросы углекислого газа в атмосферу.
    Все вышеописанные технологии требуют доработки, и ученые ищут наиболее эффективные решения, ведь перспектива превращения углекислого газа в полезные продукты выглядит привлекательнее, чем его захоронение.
    По материалам:
    https://www.vesti.ru/doc.html?id=2933579&cid=2161
    http://www.ntv.ru/novosti/1941420/
    https://news.rambler.ru/scitech/38539226-amerikanskie-inzhenery-predlozhili-poluchat-toplivo-iz-uglekislogo-gaza/?updated
    https://www.vesti.ru/doc.html?id=2760348&cid=2161
    https://www.vesti.ru/doc.html?id=2763817&cid=2161

  2. kingdom_of joker Ответить

    Основа нужного процесса – создание низкотемпературной плазмы. В ней молекулы углекислого газа распадаются по двум причинам. Во-первых, их разрушают прямые удары электронов. Во-вторых, частицы плазмы передают молекулам CO2 свою энергию, и те начинают колебаться. Когда интенсивность колебаний становится слишком большой, химическая связь не выдерживает напряжения, и от молекулы отрывается атом кислорода.
    Специальным подбором условий реакции можно минимизировать потери энергии на другие процессы, в частности, на банальное нагревание плазмы. Тогда разложение на угарный газ и кислород можно осуществлять с помощью источника энергии мощностью всего в десятки ватт. И на эту роль вполне годятся даже солнечные батареи действующих марсианских аппаратов.
    Авторы отмечают, что естественные условия на Красной планете близки к оптимальным для такой химической реакции. Низкая температура способствует тому, чтобы большая доля энергии переходила в колебания молекул. Кроме того, марсианский холод замедляет реакцию окисления угарного газа обратно до CO2. Примеси аргона и азота в атмосфере тоже помогают делу. Аргон меняет распределение электронов по энергетическим уровням в полезном для реакции направлении, а азот передаёт колебательную энергию от своих молекул молекулам углекислого газа, как в CO2-лазере.
    Даже низкое атмосферное давление играет на руку химикам. Запуск реакции разложения CO2 происходит при похожих значениях. Только на Земле для его получения используют вакуумные насосы, а на Красной планете такие условия существуют “прямо за окном”.
    Так что, заключают авторы, обсуждаемый метод хорош со всех сторон. Перефразируя классика, “ты должен делать кислород из углекислого газа, потому что это лучший способ его сделать”.
    Между прочим, обсуждаются способы не только снабдить кислородом локальное земное поселение, но и вообще сделать из Красной планеты зелёную. Например, высказывалась идея создать вокруг Марса искусственное магнитное поле для защиты атмосферы от сдувания солнечным ветром. Расчёты специалистов NASA показывают, что в этом случае уже через несколько лет атмосферное давление Марса достигнет половины земного.

  3. Shathris Ответить

    Углерод
    Углерод – неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических
    веществ в природе.

    Общая характеристика элементов IVa группы
    От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств.
    Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.
    Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец – металлы.

    Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns2np2:
    C – 2s22p2
    Si – 3s23p2
    Ge – 4s24p2
    Sn – 5s25p2
    Pb – 6s26p2

    Природные соединения
    В природе углерод встречается в виде следующих соединений:
    Аллотропных модификаций – графит, алмаз, фуллерен
    MgCO3 – магнезит
    CaCO3 – кальцит (мел, мрамор)
    CaCO3*MgCO3 – доломит

    Получение
    Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз – нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений:
    древесины и каменного угля.
    C2H6 > (t) C + H2 (пиролиз этана)

    Химические свойства
    Реакции с неметаллами
    При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.
    C + H2 > (t) CH4 (метан)
    2С + O2 > (t) 2CO (угарный газ – продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)
    С + O2 > (t) CO2 (углекислый газ – продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)
    С + F2 > (t) CF4
    Реакции с металлами
    При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные
    степени окисления.
    Ca + C > CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)
    Al + C > Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)
    Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

    Восстановительные свойства
    Углерод – хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их
    оксидов:
    Fe2O3 + C > Fe + CO2
    ZnO + C > Zn + CO
    FeO + C > Fe + CO
    Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:
    SiO2 + C > (t) Si + CO
    Может восстановить и собственный оксид:
    CO2 + C > CO

    Реакция с водой
    Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца – крайне важна в промышленности:
    C + H2O > CO^ + H2^
    Реакции с кислотами
    В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:
    C + HNO 3(конц.) > (t) CO2 + NO2 + H2
    C + HNO3 > CO2 + NO + H2O
    C + H2SO4(конц.) > CO2 + SO2 + H2O

    Оксид углерода II – СO
    Оксид углерода II – продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется
    при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.
    Растворяясь в крови угарный газ (имеющий в 300 раз большее сродство к гемоглобину, чем кислород) легко выигрывает конкуренцию у кислорода
    и занимает его место в эритроцитах. Отравление угарным газом нередко заканчивается летальным исходом.
    Получение
    В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).
    CO2 + C > (t) CO
    C + H2O > (t) CO + H2
    В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:
    HCOOH > (H2SO4) CO + H2O
    Химические свойства
    Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.
    CO + O2 > CO2
    Fe2O3 + CO > Fe + CO2
    FeO + CO > Fe + CO2
    Образование карбонилов – чрезвычайно токсичных веществ.
    Fe + CO > (t) Fe(CO)5

    Оксид углерода IV – CO2
    Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ,
    без запаха.
    Получение
    В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.
    CaCO3 > (t) CaO + CO2^
    C6H12O6 > C2H5OH + CO2^
    В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.
    CaCO3 + HCl > CaCl2 + H2O + CO2^
    Углекислый газ образуется при горении органических веществ:
    C3H8 + O2 > CO2 + H2O

    Химические свойства
    Реакция с водой
    В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.
    CO2 + H2O ? H2CO3
    Реакции с основными оксидами и основаниями
    В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние – карбонаты (при избытке основания),
    кислые – гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).
    2KOH + CO2 > K2CO3 + H2O (соотношение основание – кислотный оксид 2:1)
    KOH + CO2 > KHCO3 (соотношение основание – кислотный оксид 1:1)
    Na2O + CO2 > Na2CO3
    Окислительные свойства
    При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.
    Zn + CO2 > (t) ZnO + CO

    Угольная кислота
    Слабая двухосновная кислота, существующая только в растворах, разлагается на воду и углекислый газ.

    Химические свойства
    Качественная реакция
    Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается “закипанием” – появлением пузырьков бесцветного
    газа без запаха.
    MgCO3 + HCl > MgCl2 + CO2^ + H2O
    Я не раз встречал описание реакций, связанных с этой кислотой, которое заслуживает нашего внимания. В задании было сказано, что
    при добавлении к раствору гидроксида кальция углекислого газа осадок появлялся, при дальнейшем пропускании углекислого газа –
    помутнение исчезало.
    Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.
    Ca(OH)2 + CO2 > CaCO3 (осадок выпадает)
    CaCO3 + H2O + CO2 > Ca(HCO3)2 (осадок растворяется)

    Средние и кислые соли
    Чтобы сделать из средней соли (карбоната) – кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу
    H2CO3 – ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.
    Li2CO3 + CO2 + H2O > LiHCO3 (средняя соль + кислота = кислая соль)
    Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.
    LiHCO3 + LiOH > Li2CO3 + H2O
    Нагревание солей угольной кислоты
    При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты – на соответствующий оксид
    металла, углекислый газ и воду.
    MgCO3 > (t) MgO + CO2
    KHCO3 > (t) K2CO3 + CO2^ + H2O

  4. Карбофос Ответить

    Ученые из MIT, Массачусетского технологического института, создали технологию, способную в будущем создавать ещё один источник энергии -из углекислого газа. Исходный материал вырабатывается электростанциями, работающими на угле или газе. Специалисты уже официально поделились результатами своих исследований.
    Речь идёт об особой мембране, созданной из оксида железа, кальция и лантана. Она делит углекислый газ на угарный газ (монооксид углерода) и кислород. Первое соединение, то есть монооксид углерода, можно смешать с водородом и получить специфический синтез-газ для применения в роли первоисточника чистейшей энергии. Любопытно, что весь процесс идёт при высочайших температурах, достигающих почти тысячу градусов по Цельсию. Авторы проекта полагают, что это не будет препятствовать применению мембраны. Получать тепло можно как от солнца, так и собственно от электростанции.
    Технология, которую предложили учёные, уже продемонстрировала эффективность работы в скромных масштабах. Авторы системы планируют адаптировать её под существующие электростанции. В результате удастся добиться снижения ядовитых выбросов в окружающую среду и параллельного увеличения объёмов извлекаемой энергии.
    Любопытно, что в последние месяцы уже появлялись проекты такого рода. Так, Reykjavik Energy, энергетическая компания в Исландии, и Climeworks, фирма из Швейцарии, доработали Хедлисхейди. Эта геотермальная электростанция находится неподалеку от вулкана Хенгидль. В неё поместили модули, улавливающие из атмосферы диоксид углерода. С помощью этой технологии можно растворять в воде CO2, закачивая её затем в породы базальта на глубине в семьсот метров. Там углекислый газ потихоньку трансформируется твердым минералом.
    24gadget

  5. +Ходячее ЧП+ Ответить

    Углекислый газ (двуокись углерода, диоксид углерода, CO2) формируется при соединении двух элементов: углерода и кислорода. Он образуется в процессе сжигания угля или углеводородных соединений, при ферментации жидкостей, а также как продукт дыхания людей и животных. В небольших количествах он содержится и в атмосфере, откуда он ассимилируется растениями, которые, в свою очередь, производят кислород.
    Углекислый газ бесцветен и тяжелее воздуха. Замерзает при температуре −78.5°C с образованием снега, состоящего из двуокиси углерода. В виде водного раствора он образует угольную кислоту, однако она не обладает достаточной стабильностью для того, чтобы ее можно было легко изолировать.
    Углекислый газ — это «одеяло» Земли. Он легко пропускает ультрафиолетовые лучи, которые обогревают нашу планету, и отражает инфракрасные, излучаемые с ее поверхности в космическое пространство. И если вдруг углекислый газ исчезнет из атмосферы, то это в первую очередь скажется на климате. На Земле станет гораздо прохладнее, дожди будут выпадать очень редко. К чему это в конце концов приведет, догадаться нетрудно.
    Правда, такая катастрофа нам пока еще не грозит. Скорее даже, наоборот. Сжигание органических веществ: нефти, угля, природного газа, древесины – постепенно увеличивает содержание углекислого газа в атмосфере. Значит, со временем надо ждать значительного потепления и увлажнения земного климата. Кстати, старожилы считают, что уже сейчас заметно теплее, чем было во времена их молодости…
    Двуокись углерода выпускается жидкая низкотемпературная, жидкая высокого давления и газообразная. Ее получают из отбросных газов производств аммиака, спиртов, а также на базе специального сжигания топлива и других производств. Газообразная двуокись углерода – газ без цвета и запаха при температуре 20°С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), плотность – 1,839 кг/м3. Жидкая двуокись углерода – просто бесцветная жидкость без запаха.
    Углекислый газ нетоксичен и невзрывоопасен. При концентрациях более 5% (92 г/м3) двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека —  она тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья.

    Получение двуокиси углерода

    В промышленности углекислый газ получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании разлагается, высвобождая углекислоту. При промышленном производстве газ закачивается в баллоны.
    В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора с соляной кислотой.

    «Сухой лед» и прочие полезные свойства диоксида углерода

    В повседневной практике углекислый газ используется достаточно широко. Например, газированная вода с добавками ароматных эссенций – прекрасный освежающий напиток. В пищевой промышленности диоксид углерода используется и как консервант — он обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.
    Углекислотными огнетушителями пользуются при пожарах. Биохимики нашли, что удобрение… воздуха углекислым газом весьма эффективное средство для увеличения урожайности различных культур. Пожалуй, такое удобрение имеет единственный, но существенный недостаток: применять его можно только в оранжереях.   На заводах, производящих диоксид углерода, сжиженный газ расфасовывают в стальные баллоны и отправляют потребителям. Если открыть вентиль, то из отверстия с шипением вырывается… снег. Что за чудо?
    Все объясняется просто. Работа, затраченная на сжатие газа, оказывается значительно меньше той, которая требуется на его расширение. И чтобы как-то компенсировать возникающий дефицит, углекислый газ резко охлаждается, превращаясь в «сухой лед». Он широко используется для сохранения пищевых продуктов и перед обычным льдом имеет значительные преимущества: во-первых, «хладопроизводительность» его вдвое выше на единицу веса; во-вторых, он испаряется без остатка.
    Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой, так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород, который, в свою очередь, и входит во взаимодействие с жидким металлом, окисляя его.
    Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *