光催化CO2制备液态航空燃料系统

森朗仪器设计生产的光催化CO2制备碳氢燃料反应装置，由进气部分，进液部分，高压光催化部分，产品收集部分与控制系统组成。光催化CO2制备碳氢燃料是一种利用光催化材料吸收光产生电子-空穴对，参与H2O和CO2氧化还原反应制碳氢燃料的技术。该技术由太阳能直接驱动，将CO2转化为可直接利用的化学品，是助力碳达峰、碳中和的变革性技术。

光催化CO2制备液态航空燃料技术的高效、低成本运行受光吸收利用、光催化剂形貌结构、界面催化反应及传质等因素影响，其内部能质传输是多时空尺度、多物理场耦合的复杂过程，需要从理论和应用两方面结合多个学科展开系统研究。全流程能量传递和物质转化之间的耦合匹配准则，为降低反应能耗、促进性能及产率提升甚至未来工业化大规模太阳能驱动CO2还原应用铺垫道路。由于CO2分子热力学十分稳定，导致光催化CO2还原制碳氢燃料需要更高的还原电位。光催化CO2还原的反应机理和路径更为复杂，光生电子参与的多个还原过程中存在互相竞争，如产氢反应与CO2还原反应之间、CO2还原产物之间的竞争等。涉及光催化CO2还原过程制碳氢燃料的关键过程主要包括光吸收及利用、光生载流子的分离和转移、表面催化CO2还原及水氧化反应、界面传质等。针对目前光催化CO2还原过程中存在的CO2转化效率低、单一产物选择性差等瓶颈问题，光催化CO2还原基本原理和CO2转化效率评估，结合近年来太阳能驱动水和CO2还原制碳氢燃料的研究进展，从光吸收拓展与利用、载流子分离强化、界面化学反应调控尤其是CO2还原及水氧化半反应优化、传质强化四个方面深入讨论了提高光催化CO2还原性能的优化策略。

关于光催化CO₂制备碳氢燃料反应装置的技术进展与设计要点总结：

1、装置核心组件与功能：‌气体处理模块，包含气体储存装置（存储CO₂与H₂）、进气阀和气体收集装置，支持高压气固相反应以提高转化效率。可配置装置直接捕集空气（0.03%-0.04% CO₂）进行反应，避免高能耗浓缩步骤。‌光催化反应器,采用世纪森朗LC系统光催化反应釜，催化剂床层（如TiO₂-石墨烯复合、介孔ZnGa₂O₄等），通过晶面调控和异质结设计优化光吸收与载流子分离。 配置喷气砂芯或流化床结构强化气-固接触，提升CO₂吸附与还原效率。‌温控与能量系统，集成冷却循环系统，维持反应温度稳定（如室温至中温）以降低能耗。结合风-光互补发电设备或太阳能聚光器供电，实现能源自持与低碳运行。

2、高压光催化反应器、可高压催化CO₂加氢生成甲醇，量子效率与稳定性满足工业化需求。通过光源布局优化光分布，显著提升CO₂还原为多碳产物的选择性（如乙烷、乙烯）。

3、集成化工艺与优化策略 ‌光-费托合成耦合，将光催化产出的合成气（CO/H₂）输入费托合成反应器，通过工艺制备液态航空燃料（如柴油、汽油）。高温费托（HTFT）与低温费托（LTFT）技术结合，实现产物多元化与高附加值转化。‌智能控制系统‌ 温度计、气压计等传感器实时监测反应条件，通过智能控制器动态调节气体流量与光源强度。

光催化CO2制备液态航空燃料系统，关于现存挑战与改进方向，‌效率瓶颈‌ 低浓度CO₂光还原动力学缓慢，‌规模化障碍，催化剂规模化制备成本高（如贵金属负载型材料），需推进非贵金属（如Cu-Mo₂C）及介孔结构低成本合成工艺。‌系统协同性‌ 需强化光-热耦合设计，减少传质与能量损失，探索分布式小型化装置应用场景。实现实验室级高效CO₂转化，推动光催化装置在碳中和技术中的应用。