废甘油水热氢化还原二氧化碳成甲酸和制成乳酸反应机理的证明及其新型二步法工艺的研究

Although we have realized efficient hydrothermal reduction of CO2 into formate and conversion of glycerine into lactate, there are two key scientific issues: (1) how is foramte efficiently produced from CO2 by hydrogen-transfer of glycerine under hydrothermal alkaline conditions and (2) what's order for dehydrogenation and dehydration reaction converting of glcyerine into lactate? In order to settle the two key scientific issues, we will further demonstrat mechanism of the hydrogen-transfer reduction of CO2 with glyceirne under hydrothermal alkaline conditions by carrying out isotopes hydrothermal experiments combined with LC-MS, NMR and other analytical tools. At the same time, owing to proving the reaction mechanism, we proposed a new two-step process for efficient hydrothermal reduction of CO2 into formate and conversion of glycerine into lactate. The study of this project will lay the basis for hydrothermal reduction of CO2 and conversion of biomass into high value-added chemicals, and the promotion of the natural carbon cycle, so that the people can more profound and comprehensive to understand the theory of the new CO2 reduction and biomass conversion hydrothermal technologies. The study of this project has a higher value on applications and theoretical aspects.

在申请人前期研究中实现的生物柴油副产物废甘油水热还原CO2成甲酸和制成乳酸的基础上，针对二个科学问题(1)在无金属催化剂的条件下，甘油是如何将活化氢转移来实现CO2高效还原成甲酸(2)国际上一直存在的争论：甘油转化为乳酸的过程中发生脱氢和脱水反应的先后顺序，本项目通过水热同位素实验结合LC-MS，NMR等分析手段进一步论证甘油水热还原CO2的反应机理；从而为多羟基物质水热还原CO2和生物质转化为高附加值化学品的研究奠定了基础，促进了大自然的碳循环，具有较高的应用价值。同时，在证明该反应机理的基础上，针对甘油先发生脱水再和CO2发生氢转移反应的特点，利用脱水反应在酸催化条件下较易发生的优势，提出了新型二步法甘油还原CO2的工艺；从而使人们对这种新的CO2还原和生物质转化水热技术从理论上有更深刻和更全面的认识，为CO2还原和生物质资源化的工业化奠定了基础，具有较高的学术价值。

因为生物质是最重要，也是唯一可持续和清洁的碳源，从而是将来最丰富和最广泛的可再生资源。为了解决能源危机和环境污染的问题，正在世界范围内将生物质作为生产高附加值化学品的原材料进行研究。本研究在水热同位素实验结合LC-MS，NMR等分析手段进一步论证甘油水热还原CO2的反应机理的基础上，还进行了含钌螯合物Ru-MACHO催化剂催化甘油还原二氧化碳，Pt-HSiW/Al2O3催化剂的合成及其甘油催化氢解产1,3-丙二醇，Ni-W-Beta分子筛催化剂的合成及其纤维素氢解产丙二醇，和Zn-Sn-Beta双金属分子筛催化剂的合成及一步法将生物质基原料高效转化为乳酸的研究。本研究成果发表论文24篇，其中SCI/EI检索9篇；授权美国发明专利1个，中国发明专利2个，申请专利中国发明专利2个。本研究为多羟基物质水热还原CO2和生物质转化为高附加值化学品的研究奠定了基础，促进了大自然的碳循环，具有较高的应用价值；使人们对这种新的CO2还原和生物质转化水热技术从理论上有更深刻和更全面的认识，为CO2还原和生物质资源化的工业化奠定了基础，具有较高的学术价值。