4.HFC类制冷剂光热协同催化降解方法研究-戴晓业.pdf

1、HFC类制冷剂光热协同降解方法研究清华大学 能源与动力工程系2024.01.14第一届制冷节能降碳与制冷剂替代技术发展会议报告人：戴晓业1研究背景2光热协同催化动力学机理分析3光热协同催化材料筛选4总结与展望目录1研究背景2光热协同催化动力学机理分析3光热协同催化材料筛选4总结与展望目录4/34氢氟烃削减是履行国际公约的国家行为含氟气体碳排放相对增幅明显常用HFCs二氧化碳当量 氢氟烃（HFCs）是当前最主要的人工合成制冷剂 CO2当量巨大，是目前主要非CO2温室气体之一 2021年9月5日蒙特利尔议定书基加利修正案对中国正式生效 生态环保部2021年报告：预计到 2100 年通过履约削减HF

2、Cs 可以避免全球平均升温0.4IPCC，Climate Change 2022 Mitigation of Climate Change5/34我国面临巨大的HFCs销毁压力中国HFCs削减时间表2024年开始冻结2029年开始削减2045年淘汰基准量80%中国是最大的HFCs生产国和消费国（产量70万吨/年，占全球70%）根据基加利修正案的削减规定，考虑使用寿命和回收，我国2030年后销毁需求逐年升高，可达30万吨/年规模6/34现有销毁技术特点与不足国别使用的技术销毁能力（吨/年）美国回转窑法/等离子体法/固定炉单元/水泥窑法318捷克回转窑法40芬兰回转窑法545德国反应炉裂解法、多孔

3、反应堆法1600匈牙利回转窑法、液体喷射焚烧法88瑞典空气等离子法100瑞士回转窑法910日本水泥窑/回转窑、液体喷射焚烧、等离子法2636合计6237 主要销毁技术：高温裂解法 焚烧热解法(800)等离子体法(5000)现有技术不足 高能耗&高成本：需要大量化石燃料维持反应高温*ODS Destruction in the United States and Abroad,ICF,2018 现有技术既不能满足我国履行国际公约的销毁需求，也不符合低碳发展的需要7/34HFCs催化降解技术路线探索光催化降解法常温可实现降解降解速率低高温焚烧法高温反应、高能耗中低温条件、低能耗催化降解法Jeong

4、,et al.Catalysts,2019Sangchakr et al.Chemosphere,1998900600常温纯光照常温光照+催化剂高于光催化的速率反应温度下降有限热催化降解法8/34HFCs催化降解技术路线探索 光热协同降解新思路：将热效应与光催化结合实现中温高效降解光光 光热耦合增效 无需化石燃料 近零碳排放 有利于产物回收9/34HFCs催化降解技术路线探索光热协同效果：1+12存在一系列科学问题光热协同增效机制？高效催化体系设计原则？亟需针对HFC反应特点开展催化反应机理和催化剂开发研究C-F键反应机理？1研究背景2光热协同催化动力学机理分析3光热协同催化材料筛选4总结与展

5、望目录11/34动力学机理分析R134a向CO2的反应转化率气态产物红外光谱结果反应后催化剂XRD结果 R134a实现完全降解，且完全转化为CO2，没有其他有机副产物 通过对反应后催化剂的表征，证明反应会生成HFR134a光热催化产物分析C2H2F4+1.5O2+H2O=2CO2+4HF(a)(b)(c)(d)(e)(f)12/34动力学机理分析 采用一级反应模型拟合表观动力学分析-温度影响不同反应温度影响一级反应模型参数拟合 相比文献中热催化反应的活化能（278 kJ/mol），光热协同催化有效的降低了反应活化能,=A0=35.12 min-1Ea=22.39 kJ/mol13/34动力学机

6、理分析不同反应光照强度影响光强-反应速率常数拟合关系,=.耦合光强的表观动力学模型：实现了光热耦合效果的定量描述 内在耦合机理仍需进一步探索表观动力学分析-光照影响1研究背景2光热协同催化动力学机理分析3光热协同催化材料筛选4总结与展望目录15/34催化材料筛选光热催化剂的选择对反应速率有着重要影响良好的化学稳定性优异的光学性质无毒、低成本良好的化学稳定性良好的热电性无毒、低成本金红石型锐钛矿型纤锌矿型TiO2ZnO酸根离子不易被光腐蚀良好的压电性和热电性合成简单、低成本良好的化学稳定性优异的光学性质无毒、低成本独居石结构单斜相BiPO4g-C3N416