Как получить диоксид углерода. Как получить co2

Как получить диоксид углерода

2 части:Получение CO2 в домашних условияхДругие способы получения CO2

CO2 служит химическим символом для диоксида углерода. Это соединение вызывает шипение в газированной воде и многих алкоголесодержащих напитках, способствует разбуханию хлеба, выступает движущей силой для ряда аэрозолей, и является важной составляющей огнетушительной смеси. CO2 можно получить специально, либо в качестве побочного продукта других химических реакций.

Шаги

Часть 1 из 2: Получение CO2 в домашних условиях

1 Возьмите 2-литровую пластиковую бутылку. Пользуйтесь пластиковой, а не стеклянной бутылкой: если при химической реакции резко повысится давление, пластиковая бутылка не разорвется, в отличие от стеклянной.
- Если вы хотите получить CO2 для того, чтобы пополнить запасы диоксида углерода в аквариуме, такой бутылки будет как раз достаточно для 100-литрового (около 25 галлонов) аквариума.
2 Насыпьте в бутылку 2 чашки (473,18 мл) сахара. При этом используйте нерафинированный сахар, в котором содержится большее количество сложных соединений, и поэтому распад дрожжей займет более длительное время. Кроме того, нерафинированный сахар дешевле.
3 Залейте в бутылку теплую воду до того уровня, где бутылка начинает сужаться к горлышку. Используйте теплую воду из-под крана; не заливайте горячую воду, так как она погубит дрожжевые грибки.
4 Добавьте в бутылку 1/2 чайной ложки (2,46 мл) гидрокарбоната натрия. Это вещество является основным ингредиентом пищевой соды, которую легко можно приобрести в магазине.
5 Добавьте 1/2 чайной ложки (2,46 мл) любого дрожжевого экстракта. Это увеличит время жизни дрожжевых грибков.
- Примером дрожжевого экстракта может служить мармит, производимый в Великобритании. Из других экстрактов можно упомянуть веджимайт, боврил, ценомис.
6 Засыпьте 1/3 чайной ложки (1,64 мл) дрожжей. Пивные дрожжи бродят дольше, чем хлебные, но для наших целей будет достаточно и хлебных дрожжей, к тому же они дешевле.
7 Плотно закройте бутылку крышкой.
8 Взболтайте бутылку, пока дрожжи и сахар не растворятся. На поверхности воды должна появиться небольшая пена.

9 Откройте бутылку.
10 Подождите от 2 до 12 часов. За это время в воде начнут образовываться пузырьки газа, что свидетельствует о выделении CO2. Если вы не увидели образования пузырьков спустя 12 часов, значит вода была слишком горячей, либо дрожжи пришли в негодность и потеряли свою активность.
- Приготовленный вами раствор должен выделять примерно 2 пузырька газа каждую секунду. В случае большей интенсивности газовыделения может нарушиться уровень pH раствора.

Часть 2 из 2: Другие способы получения CO2

1 Выдохните. Ваше тело использует вдыхаемый кислород для реакции с белками, жирными кислотами и углеводами, которые вы употребляете в пищу. Одним из продуктов этой реакции является диоксид углерода, выдыхаемый вами.
- Растения и некоторые виды бактерий, напротив, поглощают диоксид углерода из воздуха и при помощи солнечной энергии создают из него простые сахара (являющиеся углеводами).
2 Подожгите что-либо, содержащее углерод. Жизнь на Земле построена на основе такого химического элемента, как углерод. Для сжигания чего-либо вам потребуются искра, источник топлива и воздух. Содержащийся в воздухе кислород легко вступает в реакцию с другими веществами; при реакции кислорода с углеродом образуется необходимый вам диоксид углерода.
- Оксид кальция (CaO), также известный как негашеная известь, можно получить путем сжигания известняка, содержащего карбонат кальция (CaCO3). При этом выделяется CO2 и остается оксид кальция (который соответственно называется негашеной известью).[1][2]
3 Смешайте вещества, содержащие углерод. Углерод и кислород, входящие в состав газа CO2, содержатся во многих химических веществах и минералах, относящихся к карбонатам или, если они содержат также водород, к гидрокарбонатам. При реакции с другими веществами газ CO2 может выделяться в воздух, либо этот газ смешивается с водой, образуя угольную кислоту (h3CO3). Вот некоторые из возможных реакций:
- Соляная кислота и карбонат кальция. Соляная кислота (HCl) присутствует в желудке человека. Карбонат кальция (CaCO3) содержится в известняке, меле, яичной скорлупе, жемчуге, кораллах, в некоторых нейтрализаторах кислот.[3] При смешивании данных веществ происходит реакция с образованием хлорида кальция и угольной кислоты, а затем последняя распадается на воду и диоксид углерода.
- Уксус и пищевая сода. Уксус -- это раствор уксусной кислоты (C2h5O2)[4], а пищевая сода -- гидрокарбонат натрия (NaHCO3). При реакции между ними, сопровождающейся выделением пены, образуются вода, ацетат натрия и CO2.
- Метан и водяной пар. Эта реакция реализуется в промышленных масштабах для получения водорода из водяного пара при высоких температурах. Метан (Ch5) реагирует с водяным паром (h3O), в результате получаются водород (h3) оксид углерода (CO), также называемый угарным газом. Затем оксид углерода смешивается с водяным паром при более низких температурах для получения большего количества водорода и перевода оксида углерода в более безопасный диоксид углерода.[5]
- Дрожжи и сахар. Если смешать дрожжи с сахаром и водой, как было описано в Шаге 1, сахар начнет рападаться с выделением CO2. При реакции также образуется этанол (C2H5OH), то есть алкоголь, присутствующий в спиртных напитках. Данная реакция называется процессом ферментации.

Советы

Чтобы использовать для аквариума газ CO2, полученный брожением в бутылке, следует проделать сверху 2-литровой бутылки небольшое отверстие, вставить в него резиновую трубку и залепить ее замазкой. Также необходимо приделать воздушный клапан, который помешает всасыванию воды в эту трубку при выходе диоксида углерода и предотвратит взрыв бутылки, стравливая избыточный газ в том случае, если CO2 не будет выводиться как следует.

Предупреждения

Нередко CO2 выделяется вкачестве побочного продукта в количествах, слишком малых для его сбора. К сожалению, в случае накапливания в земной атмосфере диоксид углерода препятствует отражению солнечного тепла от земной поверхности, приводя к повышению температуры Земли. Многие ученые считают это основной причиной изменения климата с течением времени.

Что вам понадобится

2-литровая пластиковая бутылка с крышкой
Вода
Сахар
Гидрокарбонат натрия (пищевая сода)
Дрожжи (хлебные или пивные)
Дрожжевой экстракт (по возможности)

ves-mir.3dn.ru

CO2 можно превратить в топливо

Используя новый катализатор, исследователи показали, что до 79 % углекислого газа, полученного из воздуха, можно превратить в метанол»

Впервые учёные показали, что углекислый газ CO2, полученный из атмосферного воздуха, может быть превращён в метанол (Ch4OH) в течение одной реакции с помощью гомогенного катализатора. При этом выходит двойная польза: из атмосферы удаляется вредный для экологии CO2, а метанол можно использовать как топливо вместо бензина. Это достижение — большой шаг вперёд, который может привести нас однажды к «экономике метанола», когда в роли топлива и аккумулятора энергии используется главным образом метанол.

Исследованием руководили два сотрудника Университета Южной Калифорнии: профессор химии Г. К. Сурья Пракаш и Нобелевский лауреат заслуженный профессор Джордж Э. О́лах. Учёные опубликовали статью на тему превращения CO2 в метанол в недавнем выпуске Журнала Американского химического общества.

«Непосредственное получение CO2 из воздуха и прямое превращение в метанол с помощью молекулярного водорода, к тому же с прохождением всех стадий реакции в одном и том же сосуде, — этого ещё никому не удавалось достичь», — сообщил Пракаш сайту Phys.org.

Последние несколько лет химики изучали способы переработки CO2 в какие-либо полезные вещества. Например, при воздействии газообразного водорода (h3) на CO2 можно получить метанол, метан (Ch5) или муравьиную кислоту (HCOOH). Среди этих веществ наиболее интересен метанол, так как его можно использовать в качестве альтернативного топлива, в топливных элементах или для хранения водорода.

В настоящее время химическая промышленность производит ежегодно более 70 млн. тонн метанола, поскольку это простое соединение служит компонентом для многих более сложных, включая такие наиболее востребованные органические соединения, как этилен и пропилен. Последние, в свою очередь, используются для производства пластмасс и других продуктов.

Самое важное в превращении CO2 в метанол — это оптимальный гомогенный катализатор, который крайне необходим для ускорения химических реакций, чтобы производить метанол в промышленных масштабах. Проблема в том, что для этих реакций необходима высокая температура (около 150 °C), которая, к несчастью, приводит к распаду катализатора.

В результате недавнего исследования учёные создали устойчивый к высоким температурам катализатор на основе металла рутения. Благодаря хорошей устойчивости катализатор можно использовать снова и снова в ходе непрерывного производства метанола.

«Найти устойчивый гомогенный катализатор для восстановления CO2 до метанола — это очень сложная задача, — поделился Пракаш. — Большинство существующих катализаторов действуют только до стадии получения муравьиной кислоты. Более того, нам нужно было найти катализатор для восстановления карбаматов или гидрокарбонатов алкиламмония непосредственно до метанола. Мы смогли решить обе проблемы благодаря новому катализатору».

Исследователи показали, что, применив этот катализатор (вместе с несколькими другими соединениями), можно превратить в метанол до 79 % CO2, полученного из воздуха. Метанол выходит смешанным с водой, но это легко исправить с помощью дистилляции.

Говоря о перспективах, авторы надеются, что их разработки поспособствуют в будущем экономике метанола. Эта экономика предполагает наладку «антропогенного углеродного цикла» для участия в переработке углерода вместе с природным циклом. Между атмосферой, океаном и живыми организмами непрерывно происходит перенос углерода, идёт его переработка и повторное использование. Но природа не успевает перерабатывать углерод, появляющийся от сжигания ископаемого топлива. Люди могут нейтрализовать часть выработанного ими CO2, преобразовав обратно в источник энергии, например в метанол.

Подробнее об антропогенном углеродном цикле можно прочитать в статье «Антропогенный химический углеродный цикл для сохранения устойчивости окружающей среды в будущем» в Журнале Американского химического общества, авторы — О́лах, Пракаш и Алан Гёпперт.

В планах учёных — понизить рабочую температуру катализатора и увеличить его эффективность.

«Мы продолжим исследования, чтобы найти более надёжный катализатор, способный работать при 100—120 °C, — сообщил Пракаш. — Мы хотим разработать более практичные и эффективные способы получения веществ, чтобы не было потерь растворителя и реагентов».

Ученые придумали, как превратить CO2 обратно в топливо

Подсмотрев, как растения утилизируют CO2, ученые с помощью катализатора придумали эффективную реакцию получения моноксида углерода.

Исследователи Арагонской национальной лаборатории и Университета Иллинойса в США опробовали способ превращения диоксида углерода в моноксид углерода с использованием солнечного света. Из этого может выйти важная технология утилизации выбросов парникового газа и превращения их обратно в топливо, говорится в пресс-релизе лаборатории. Результаты исследования изложены в журнале Science.

Сжигая нефть, газ и уголь, мы выбрасываем в атмосферу большое количество парникового газа — диоксида углерода, или CO2. Ученые давно задумались над тем, как бы эти продукты сжигания пускать снова в дело и путем химических реакций превращать вновь в какое-нибудь полезное топливо. Проблема однако в том, что CO2 химически нереакционноспособный, и чтобы получить из него топливо, придется затратить много энергии. Гораздо легче превратить его сначала в моноксид углерода, а уже тот в топливо. Моноксид углерода — тоже парниковый газ, и гораздо более реакционноспособный, поэтому его легче превратить в топливо, к примеру, в метанол.

Этим и занялись авторы исследования по главе с Ларри Кертис (Larry Curtiss). Они подумали, что растения только и занимаются тем, что берут из воздуха CO2 и превращают его в источник энергии для себя — в сахар. При этом они используют органический фермент в качестве катализатора и солнечный свет. Эту реакцию мы знаем, как фотосинтез.

В этой работе ученые решили взять за основу фотосинтез, только катализатор применили другой — диселенид вольфрама. Это соединение образует наноразмерные хлопья, чтобы дает максимальную активную поверхность. На первом этапе процесса входящие фотоны превращаются в пары негативно заряженных электронов и взаимодействуют с позитивно заряженными «дыркам», которые затем разделяются. На втором шаге дырки реагируют с молекулами воды, создавая протоны и молекулы кислорода. Наконец, протоны, электроны и диоксид углерода реагируют друг с другом, чтобы создать моноксид углерода и воду.

В работе показано, что реакция идет с минимальными потерями энергии, а значит, она будет меньше стоить. Это критично для промышленности. К тому же катализатор диселенид вольфрама довольно долговечный, он работает больше ста часов, а это для катализатора высшая планка.

Недавно ученым из США удалось превратить выбросы диоксида углерода в камень.

scientificrussia.ru

Как получить диоксид углерода. Как получить co2