CO2的捕集及資源化利用

孔祥宇，謝亮，王延民，翟尚鵬，王建國

（1 浙江工業大學化學工程學院，浙江 杭州 310000；2 南京澤眾環保科技有限公司，江蘇 南京 210012）

化石能源燃燒產生的CO導致全球氣候每十年增長0.2℃，夏威夷莫納羅亞天文臺2021 年最新的CO排放數據表明，當前濃度約為415μL/L，見圖1。據預測，到21 世紀末，CO的濃度將達到950μL/L，大氣中CO濃度不斷上升，導致全球氣候變化，將引發一系列極端天氣。碳捕集與封存（CCS）作為一項有希望限制大氣中CO濃度進一步升高的技術，已引起研究人員的廣泛關注，該技術包括CO的捕集和將捕集的CO運輸至儲存現場，并在高壓下儲存兩個過程，由于捕集過程相關成本較高，限制了CCS技術的大規模適用。目前，捕集技術主要有物理吸附、化學吸附和膜分離技術，由于成本較高，膜分離技術在工業中應用相當困難，現有的化學吸附也存在溶劑損失大等缺點，以能有效捕獲CO的多孔固體材料為吸附劑的物理吸附，因其吸附容量大、經濟成本可行等優點已被廣泛應用于CO的吸附分離領域。

圖1 地球系統研究實驗室檢測CO2濃度的增長趨勢[2]

1 CO2吸附

近年來，用于CO吸附分離的微孔和介孔材料領域取得了重大的研究進展，主要集中在金屬有機骨架（MOF）、分子篩、多孔碳材料、共價有機骨架（COF）等多孔材料。雖然比表面積、孔體積、孔徑、密度和表面官能團等多個因素都會對吸附產生影響，但是最近有研究表明，微孔的存在非常適合低壓捕獲CO，孔徑略大于微孔且具有大孔體積的孔是在高壓下吸附CO的理想因素，除了孔徑調節之外，通過功能化和摻雜來增強對CO的相互作用力也是進一步提升吸附含量的重要手段。理想的吸附材料應具有低吸附熱、快速吸附動力學以及低成本等因素。在此背景下，本文主要討論了幾類多孔材料的物化性質等對吸附含量和選擇性的影響，為設計合成高效吸附CO的多孔材料提供了新思路。

1.1 金屬有機骨架（MOF）

MOF是由金屬離子/簇與有機連接物/配體組合而成的三維配位聚合物。由于其獨特的結構特性，包括高比表面積、永久的拓撲結構以及可調節的孔結構和表面化學性質等，被廣泛應用于CO的吸附領域（見圖2），并已發展成為傳感、氣體分離和催化等許多工業應用的熱點。在目前已知的MOF中，MOF-74系列具有開放的金屬位點、良好的穩定性等優點，逐漸成為吸附領域的研究熱點，其中Mg-MOF-74 對CO的吸附能力最高，在1bar（1bar=10Pa）和25℃測試條件下吸附量為8mmol/g，并且高于其他金屬離子（Ni、Zn、Co）的MOF-74，其優異的吸附性能歸因于Mg—O 鍵的獨特的離子特性增強了對CO相互作用力。同時合成方法的不同也會對MOF-74 的形貌和結構產生影響，以Ni-MOF-74 為例，在微波輔助法、水熱法、冷凝回流法的方法下合成的Ni-MOF-74 具有米狀和花狀等不同的形貌，在0.15bar 和25℃測試條件下，對CO的吸附量分別為3.47mmol/g、2.44mmol/g 和3.66mmol/g，不同的合成方法對其金屬性質產生影響并導致形貌發生改變，進而影響了吸附能力。在復雜工業環境的CO吸附分離過程中，存在的強極性水分子與CO競爭吸附，導致具有開放金屬位點MOF 的循環再生性能較差。為了克服水的存在對金屬-配體鍵的穩定性產生的影響，通過烷基、氨基、氟基等對MOF 進行表面改性來改善MOF的疏水性能，目前已經報道了大約100種疏水性MOF，例如Cohen 等使用烷基鏈作為改性劑，Miljanic 等使用含氟配體合成疏水和超疏水MOF。Yaghi 及其同事深入研究了MOF 官能團功能化的方法，通過Suzuki-Miyaura 偶聯反應合成有機配體并使用—CH、—NH、—CHNH等基團進行功能化合成了一系列IR-MOF-74-Ⅲ材料，具有良好的吸附性能。剛性MOF 在外部條件（如溫度、壓力或客體分子）發生改變時，具有保持結構框架或孔隙率穩定的能力，但柔性MOF 在受到外部條件干擾時，容易發生結構崩塌或孔徑減小，利用柔性MOF 在壓力和溫度變化時可能發生孔徑微調的特性，可以設計合成一系列“呼吸”式MOF 來選擇性吸附CO，例如，剛性Cr-MIL-101 在氣體吸附前后的晶體結構沒有任何變化，但是Cr-MIL-53晶體結構經歷了從單斜相到正交相的變化；基于沸石咪唑的骨架ZIF-7具有兩種不同的孔隙類型，即孔A和孔B，在最初195K和0.1bar的低壓區域，孔B的吸附量為2.7mmol/g，但是在0.3bar飽和吸附量為4.2mmol/g，由于在低壓階段，CO分子很難進入孔徑較小的孔A，孔B負責最初的低壓吸附，壓力變大后，孔A經歷了顯著的結構轉變，明顯提升了CO的吸附能力，見圖3。綜上，MOF 材料具有高吸附含量和選擇性、良好的循環再生能力等諸多優點，但是目前在復雜的工業化環境中，還有成本較高、穩定性差等問題需要解決。

圖2 近期被用于CO2吸附領域系列MOFs[5]

圖3 不同類型孔的ZIF-7對CO2的吸附曲線和吸附機理[12]

1.2 分子篩

分子篩是一類由AlO或SiO四面體單元橋接氧原子組成的微孔晶體框架，孔徑通常在4～15?（1?=0.1nm）之間，并且在整個結構中含有開放的通道和空腔。在低壓下，具有中等孔徑的13X 和5A 等沸石比更小孔徑的沸石（CHA 型和Na-A 型）能更好地吸附CO，具有LTA 結構的5A 分子篩（NaCaAlSiO，Ca-A）和含有Ca/Na的FAU 結構的13X分子篩（NaAlSiO，Na-X），在0.15bar和40℃測試條件下，表現出良好的吸附能力，吸附量為3.1mmol/g。在潮濕環境中，沸石分子篩對水具有很高的親和力，穩定性較低，水分子競爭吸附也會對CO的吸附產生不利影響，可以通過選擇合適的功能化策略提升分子篩的疏水性能，例如，較高的硅鋁比可以使分子篩更加疏水，ZSM-5 的硅鋁比為34，但在加入硅質巖層（silicalite/ZSM-5）后，硅鋁比增至44，在加入含氟硅質巖層（silicalite-F/ZSM-5）后，硅鋁比增至55，吸附水的量分別為4.96mmol/g、3.85mmol/g和0.56mmol/g；含鐵雜原子絲光分子篩還實現了對沼氣以及天然氣純化（CO和CH分離）等體系中CO的高效吸附分離。功能化策略不僅可以提升疏水性能，而且合成后的胺功能化策略能顯著提升堿性，增大對CO的吸附能力，如丁胺（BA）、戊胺（PEA）、異丙胺（IPA）、異丁胺（IBA）和異戊胺（IPEA）等。合成含有4A 沸石（Z4A）分子篩，在1bar 和25℃測試條件下，IBA 功能化的Z4A 的吸附量2.56mmol/g高于未功能化的Z4A 分子篩2.20mmol/g。大部分的分子篩是通過弱范德華力相互作用結合CO分子，物理吸附機制有著較低的吸附熱，雖然胺功能化后能提升吸附量，但是可能會導致堵塞孔隙的情況發生，況且堿性提高后，酸堿相互作用吸附熱會明顯提高，循環再生需要的能量也會顯著提升，這是一個不利因素。綜上，相較于傳統碳材料和MOF、COF等材料，雖然分子篩材料在穩定性和再生能量上存在不足，但是其具有可調的酸堿性、吸附效率高等優點，仍是商業上吸附分離CO的首選材料。

1.3 多孔碳材料

圖4 聚苯并嗪基碳材料合成方法和CO2吸附曲線[20]

1.4 共價有機骨架（COF）

共價有機骨架（COF，也稱共價有機聚合物）是通過共價鍵緊密連接而成的剛性骨架結構，相較于MOF有著更優異的熱穩定性和耐水性能。2005年和2007 年，Yaghi 及其同事通過輕質元素H、B、C、N 和O 之間的強共價鍵，先后制備了具有多孔晶體框架的2D COF（COF-5）和3D COF（COF-108），并將COF 分成三組，第一組為具有1D 微孔的2D 結構（COF-1 和COF-6），第二組包括具有1D 介孔的2D 結構（COF-5、COF-8 和COF-10），第三組包括具有3D中等大小孔的3D結構，見圖5。3D COF 具有極高的比表面積和孔隙率，在氣體吸附分離方面有廣泛的應用前景，例如，3D COF-105 具有超高的比表面積6636m/g 和孔體積5.22cm/g，以及非常低的密度0.18g/cm，三者的協同作用使其具有出色的吸附能力，在27℃和30bar的高壓測試條件下，CO的吸附量高達96mmol/g。與分子篩、多孔碳等材料一樣，通過功能化的策略來提升COF 的吸附能力同樣可行，C—F 鍵修飾的共價三嗪框架（CTF）表現出優異的吸附能力，在273K 和1bar 測試條件下，CO的吸附量為5.98mmol/g，CO/N選擇性為31。綜上，盡管COF材料一般有著超大的比表面積和優異的CO吸附能力，但是受限于較高的成本和復雜的制備方法。

圖5 不同類型COF及其CO2吸附能力[22]

2 CO2資源化利用

將CO通過催化轉化為有機小分子，如CHOH、HCOOH、CH和CHO等，成為主要研究領域，其在降低CO濃度的同時也應對未來的兩大挑戰，即氣候變化和替代燃料的生產。目前，鋼鐵廠以及發電廠等都是CO氣體主要的來源，高爐煉鐵的副產物如焦爐煤氣、高爐煤氣以及轉爐煤氣等，燃燒后存在氮氧化物、硫氧化物超標的問題，遠大于國家標準要求的50mg/m。如果能將其凈化，并與CCS技術相結合，將其進行高附加值利用，既可以降低碳排放解決溫室效應又可以將資源進行循環利用。

2.1 CO2合成高級醇

CO加氫制備得到的高級醇是作為燃料添加劑、反應溶劑和中間體的高附加值化學品，其引起了廣泛的關注。然而，由于CO的化學惰性和各種反應路線的復雜性以及碳碳耦合的不可控性，高級醇的合成受到了嚴重的阻礙。高活性、高選擇性催化劑的開發一直是高級醇生產面臨的重大挑戰。

目前將CO（通過加氫）轉化為高附加值的化學品或燃料，如烯烴、芳烴、汽油和醇等，已經被廣泛研究。在醇類產品中，甲醇是重要的C醇，可進一步轉化為各種化工產品。貴金屬類催化劑、改性鈷基催化劑、改性銅基催化劑和鉬基催化劑等是幾種常見的性能優異的加氫催化劑，最近在開發模型催化劑系統方面也取得了一些進展，并結合理論計算來提供對活性位點和反應機制的理解。

高級醇在CO/H下合成，具有兩個或多個碳原子，具有廣泛的應用價值。附加值較高的高級醇是C～C醇，其中一些可單獨或以汽油混合物形式直接用作運輸燃料，以增加汽油供應并提高辛烷值水平。在這些C～C醇中，乙醇已在許多國家用作燃料添加劑，例如美國、加拿大、巴西和瑞典。中國等發展中國家也開始推廣乙醇汽油。這些短鏈醇還在許多化學產品中用作溶劑。相比之下，用作反應中間體和表面活性劑的長鏈醇（C）的需求要少得多。

將CO直接轉化為高級醇是一條有前途且具有挑戰性的途徑。然而，從CO加氫直接獲得高級醇相對較難實現，不僅因為CO是一種熱力學穩定和化學惰性的分子，還因為各種反應路線的復雜性以及C—C 偶聯的不可控性。除此之外，該反應還需要C=O雙鍵的裂解和吸附。通常，這些過程在動力學上的反應速率較慢，此外各種副反應的存在會導致高級醇的選擇性較低。

CO加氫反應的主要反應如式(1)～式(5)所示。

逆水煤氣變換反應

CO加氫生成烷烴

CO加氫制烯烴

甲醇合成

高級醇合成

CO加氫反應可能是一個復雜的過程，見圖6，其中包含各種C產物（如CHOH、CO 和CH）和C產物（如烷烴、烯烴和高級醇），最終得到的高級醇與C—O鍵活化和C—C生長過程的類型密切相關。在C—C 偶聯之前，高級醇通常需要在烷基化和醇化之間取得平衡。CH—CO（或CH—CHO 或CH—HCOO）偶聯反應是C醇形成的最關鍵步驟，它很可能發生在與CO 加氫生成高級醇相同或相似的表面活性位點上。

圖6 CO2加氫生成CO、CH3OH和CH4的可能反應途徑[43]

Lin 等報道了使用低強度光原位激活了Cu(HPO)@Ru-UiO 催化劑，用于將CO選擇性氫化為乙醇。Cu中心可以選擇性催化CO到乙醇的轉化，在氙燈光源下，[Ru(BPY)(BPYDC)]*對Cu和Cu進行單電子轉移以生成用于催化乙醇生產的Cu。在光活化后，這種Cu-Ru-MOF 雜化物選擇性地將CO氫化為乙醇，在2MPa 的H/CO=3/1 和150℃下，時空產率為9650μmol/(g·h)。

Cui 等合成了鈉改性尖晶石氧化物ZnFeO，使CO在FeO位點上氫化成CO，并通過FeC位點上的費-托合成形成烯烴，以及HZSM-5 沸石用于烯烴芳構化可實現CO加氫直接合成芳烴，催化性能優良。ZnFeONa/HZSM-5 復合催化劑上適量的殘留鈉（質量分數約4.25%）使復合催化劑具有優異的芳烴產率和較高的催化穩定性。

隨著全球環境危機的迫近，電化學CO還原（CORR）成為熱點話題，通過電化學還原的方法可以將CO還原成HCOOH、CHOH、CHCHOH等小分子化合物。CORR 的合成多碳（C）產品是非常具有前景的，因為它們是重要的燃料、化學品和工業原料。然而，電催化還原CO存在著問題，如高過電位、競爭性析氫反應（HER）導致的法拉第效率低，這些問題解決的關鍵在于電催化反應中CO的連續吸附、中間體的生成和產物在活性位點上的脫附。由于CORR的性能與催化劑的結構和組成密切相關，催化劑的結構和組成改變了CORR中生成的中間體的結合能，因此有必要對這些影響進行系統研究，以實現可能的設計策略。

CO是一個線性分子，有兩個C=O（鍵長1.12?），C=O 的鍵能是750kJ/mol，只有在高溫、高壓以及還原電勢等條件下才能將CO轉變成含有C—C、C—O、C—H 的化學物質，并且還存在選擇性較差的問題。常見的催化劑有金、銀、鈷、鈀、錫、鋅以及碳納米管、石墨烯等材料，一般來說，生成含碳化合物（HCO除外）所需的電勢比生成碳氫化合物所需的電勢大。CORR 過程主要為：①CO在催化劑表面吸附并與負載的原子相互作用；②通過催化劑引發電子/質子轉移，裂解C=O鍵和形成C—H鍵以活化和還原CO；③產物脫附，使其從電催化劑表面解吸并擴散到電解質中。CORR通常涉及2個、4個、6個或8個電子的反應路徑，反應產物包括CO、HCOOH等。

目前，對于催化劑性能的優化主要集中在通過金屬調控活化，而對于通過調控吸（脫）附優化性能研究較少，本文作者課題組系統研究了載體及負載金屬體系與關鍵物系吸（脫）附關系，表明載體是決定吸（脫）附的關鍵因素。基于該理論研究，以CO催化加氫生成甲醇為模型反應，該反應中產物水制約著正向反應進行，通過構建NaA 分子篩仿生透水膜作為載體對產物水選擇性去除，實現“現產即走”，極大地提高反應速率及產物的選擇性。由8-氧環主導的NaA 結構的通道直徑為4.2?（由環上兩個相對氧原子的原子間距離計算得出），Na處于8-氧環離中心1.27?處。本文作者認為，一個分子通過8-氧環的過程分為三步：①接近8-氧環表面；②分子進入環；③離開環，進入NaA 沸石的α 籠。基于此三步，通過DFT 計算了NaA 分子篩對三種分子（HO、H和CO）的吸附能和通過孔道的能壘（見圖7），計算發現，NaA分子篩對三種分子的吸附強弱從大到小依次為HO＞CO＞H，而能壘從大到小則是CO＞H＞HO。并且與8-氧環中沒有Na的情況相比，Na的引入降低了HO 的進入能壘，但增加了CO和H的進入能壘。這表明Na的存在可以促進小的極性水分子通過沸石納米通道，而H和CO等較大和較弱極性水分子的通過則會受阻，從而導致水分子通過沸石納米通道的速度大大加快。

圖7 分子通過NaA沸石通道的DFT模擬[56]

基于模擬理論計算，合作者美國倫斯勒理工學院Miao Yu團隊通過合理設計將NaA沸石晶體組裝成連續的、無缺陷的分離膜，可以形成鈉離子門控水傳導納米通道。通過水傳導納米通道的高效原位脫水，可以使CO轉化和CO加氫生產CHOH的產量大幅提高。見圖8，根據不同的制備方法得到了不同的膜，在250℃、21bar 條件下，HO/CO選擇性（滲透比）為518～584，根據氣相色譜的結果發現，HO/H、HO/CO和HO/MeOH的最小選擇性分別為190、170和80，而在產物出口沒有檢測到H、CO和MeOH。制備的膜顯示出2～3個數量級的低氣體滲透性，因此具有相當高的HO/氣體選擇性，表明膜層有效地阻止了氣體滲透。純氣體和水在25～200℃、2～8bar（實心紅色符號）下通過NaA分子篩膜的滲透性與以前結果的比較，表明其具有非常優異的性能。此外，NaA分子篩膜在高達400℃的氣體以及300℃的水中也表現出良好的熱穩定性。

圖8 NaA分子篩膜性能[56]

本文作者課題組報道了一種粒徑范圍在2.4～10.3nm 的Pd 納米粒子的尺寸效應，在CORR 過程中具有優異的活性和選擇性。由于直接通過密度泛函理論模擬CO在不同尺寸團簇上的還原比較困難，所以分別在平面位Pd(111)、臺階位Pd(211)以及棱角位Pd團簇三個結構上進行計算。根據密度泛函理論計算的吉布斯自由能圖，Pd 納米粒子的平面位和棱角位比臺階位更容易吸附CO和生成關鍵反應中間體COOH，而競爭析氫反應中H在三個活性位上的形成過程是相似的，見圖9。在尺寸范圍內，CO 生成的轉換頻率的火山形曲線表明，在CO還原過程中，通過改變Pd 納米粒子的大小，從而改變棱角位、平面位和臺階位的比例實現調節CO的吸附、COOH的形成和CO的脫附。

圖9 COOH的吸附及CO2在Pd(111)、Pd(211)、Pd55和Pd38上還原為CO的能級圖[57]

Sun 等合成了氮化銅（CuN）催化劑，25nm的CuN納米立方體在-1.6V（對比可逆氫電極）下對乙烯（CH）表現出較高的CORR 選擇性和穩定性，CuN 催化劑在不同電勢下生成乙烯的法拉第效率最高為60%，乙烯和甲烷的摩爾比大于2000，見圖10。

圖10 Cu3N的CO2RR電化學性能[58]

本文作者課題組合成了一種新型光催化劑（ZnFeO/FeP-CTFs），ZnFeO納米顆粒（NPs）通過一鍋離子熱法在鐵卟啉共價三嗪基骨架（FePCTFs）上原位生長，實驗表明，FeP-CTFs 的錨定位點可以有效提高催化性能的晶面比，實驗表征和DFT 的結合表 明，ZnFeONPs 和FeP-CTFs 載 體之間的強相互作用可以促進光生載流子的電荷分離，從而有利于光催化CO還原。使用ZnFeO/FeP-CTFs將CO光轉化為CO的反應機制，使用ZnFeO/FePCTF 將CO轉化為CO 的DFT 計算的相對吉布斯自由能，見圖11。CO到CO 的光催化轉化通常通過一個羧基中間體（COOH），COOH通過反應CO+H+e→ COOH（代表活性吸附狀態）得到。在反應的下一步中，COOH通過質子-電子轉移還原過程（COOH+H+e→CO+HO）還原為CO。最后，CO 由弱結合的CO 的解離產生（CO →CO）。基于上述結果，圖12提出了使用ZnFeO/FeP-CTF多相催化劑的CO光還原機制。

圖11 ZnFe2O4/FeP-CTFs將CO2光轉化為CO的反應機制及DFT計算的相對吉布斯自由能[59]

圖12 ZnFe2O4/FeP-CTFs光催化將CO2還原為CO的還原機制[59]

Zhang 等通過對Ni 和Fe 共 摻雜的Zn 基MOF進行簡單的熱解制備了一種由Ni 和Fe 活性位點組成的雙活性位點催化劑，在CORR 過程中具有高選擇性。優化的Ni/Fe-N-C催化劑在390mV（相對于可逆氫電極）的低過電位下最大法拉第效率（CO）為98%。DFT結果進一步表明，通過Ni和Fe活性位點調節催化CORR 性能可能會突破單金屬的活性性能，因為相鄰的Ni 和Fe 活性位點不僅協同作用降低了反應勢壘，與它們的單一金屬催化劑相比，COOH的形成和CO的解吸，還避免了析氫反應（HER）的發生。該工作提出了一種由兩個金屬位點組成的催化劑，用于高效還原CO，為合理設計用于其他反應的雙金屬催化劑鋪平了道路。

2.2 含CO2廢氣的綜合利用

在碳中和的過程中，化石能源的清潔高效利用仍將在較長時間處于核心地位，其中鋼鐵行業作為國民經濟的基礎產業，化石能源需求較大，十四五期間生態環境質量持續改善的重點工作就是鋼鐵行業的超低排放，排放的煙氣中含有大量的CO，如果能將其合理的利用，將會大幅度改善能源和環境問題。當前煙氣中含有大量的氮氧化物和硫氧化物，如果能將其脫除，并將其中的CO加以利用，將是比較有前景的應用方向。精準脫硫脫硝和CCS技術的耦合對于鋼鐵行業廢氣的綜合利用具有重要意義。

基于南京澤眾環保科技有限公司的活性炭-煙氣逆流集成凈化技術（CCMB）對煙氣的治理方案，煙氣經過余熱鍋爐降溫后進入凈化塔內，通過逆流的方式與活性炭接觸。在100～150℃的條件下，SO與煙氣中的氧氣、水蒸氣發生反應，生成硫酸分子被吸附在活性炭內，活性炭作為脫除氮氧化物的載體和催化劑，采用氨水或者液氨作為氨源，在100～150℃的條件下，將氮氧化物分解為氮氣和水，并吸附在活性炭上，該工藝已成功應用于沙鋼集團、安鋼集團、信鋼集團等公司。

吸附SO后的活性炭通過物料循環系統輸送到再生塔，被高溫解析后繼續返回凈化塔，高溫解析出來的SO進入硫銨模塊系統生成硫銨。逆流結構的優勢在于與高濃度SO原煙氣接觸的是已經鈍化的活性炭，反應速率降低，放熱速率慢，床層溫度穩定，升溫緩慢，安全性高；脫硫和脫硝的過程發生在一個塔內，簡化了凈化塔內煙氣側結構件，減少占地，床層阻力減少，減壓風機電耗降低；凈化塔和再生塔均采用長軸卸料器，整體均勻排料，設備穩定。

如果將煙氣進行精脫硫后與CCS 技術相結合，并進行催化轉化，制備甲醇等高附加值產品，將提高資源的可利用性。此外，鋼鐵生產產生大量的副產煤氣，主要包括焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣，煤氣中富含大量的CO、CH、H等價值較高的成分。目前已將焦爐煤氣進行加氫制備甲醇，研究者們將活性炭改性鉬基催化劑焦爐氣用于加氫反應，Fe-Mo/C-AlO催化劑催化烯烴加氫飽和的起活溫度低，在260℃左右烯烴加氫飽和即可充分進行，優于商業焦爐氣加氫脫硫催化劑。Fe-Mo/C-AlO和Co-Mo/C-AlO可分別作為一段和二段加氫脫硫催化劑，適用于高CO 焦爐氣工況。理論上含有H、CO、CO的混合氣均可用于合成甲醇，根據上述化學反應方程式，理論上合成甲醇氣中氫碳比[(H-CO)/(CO+CO)]為2，實際生產過程要求H約過量，氫碳比的最佳值為2.05～2.15。高爐煤氣、轉爐煤氣中同樣含有大量的CO 以及CO，如果能對其進行加氫，制備甲醇等產物，實現循環利用，既可解決環境污染問題又能增加企業效益。

3 總結與展望

盡管CO的吸附與分離材料取得了相當大的進展，但在工業化應用上還存在成本、吸附效率等因素的影響。鋼鐵行業作為碳排放量較大的行業，是實現碳中和及碳達峰所需要關注的重點領域。目前鋼鐵行業煤氣主要用作發電，利用價值偏低。如果使用精脫硫技術將煙道氣以及煤氣等進行處理，并以熱催化以及電、光催化等方法，將CO制備成高附加值產品，如甲醇、甲酸、乙醇等小分子化合物，實現CO的循環利用，既可以有效地降低大氣中的CO含量，又可以解決面臨的燃料短缺問題，但目前它的轉化效率仍然受到一些技術的制約，包括難活化、催化劑成本高、選擇性較差、反應器傳質較慢的限制。相信隨著技術的發展，多過程耦合、多學科交叉的處理和利用方式將實現CO的高效利用。