[發明專利]一種利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術

有效

• 申請號: 201410246792.0
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN104016825B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 歐陽述昕;孟憲光;葉金花;加古哲也;王濤;劉樂全;李鵬;胡慧林;許華;王德法
• 申請（專利權）人: 天津大學;獨立行政法人物質·材料研究機構
• 主分類號: C07C9/04
• 分類號: C07C9/04;C07C9/06;C07C11/04;C07C1/02;C07C1/04;C07C31/04;C07C31/08;C07C29/158;C07C47/04;C07C45/27;C07C49/08;C07C45/54;C10G2/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 宋潔瑾

1.一種利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術，其特征在于，利用太陽光為光熱催化劑的合成及催化過程供光、供熱，所述光熱催化劑可同時吸收利用太陽光中紫外光、可見光及紅外部分，從而誘發光熱催化反應利用氫氣還原二氧化碳制備有機燃料。

2.根據權利要求1所述利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術，其特征在于，所述光熱催化劑的活性組分為過渡族第VIII族元素的非化學計量比氧化物，尺寸為2-30納米，負載在載體材料上，具有比表面積為30-1000平方米/克。

3.根據權利要求2所述利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術，其特征在于，所述活性組分為過渡族第VIII族元素的非化學計量比氧化物，通式為MO_x、NO_y或T₂O_w，其中M＝Fe、Co、Ni、Pd，N＝Ru、Ir、Pt，T＝Rh，x＝0-1，y＝0-2，w＝0-3。

4.根據權利要求2所述利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術，其特征在于，所述載體材料可分兩類：一類是指普通載體材料，具有堿性或者高導熱性；另一類是具有光催化活性的載體材料。

5.根據權利要求4所述利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術，其特征在于，所述普通載體材料為活化Al₂O₃、MgO、CaO、ZrO₂、La₂O₃、納米SiO₂、硅藻土、海泡石、層狀雙金屬氫氧化物等具有堿性的載體以及活性碳、碳納米管、石墨烯等具有高導熱性的載體。

6.根據權利要求4所述利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術，其特征在于，所述具有光催化活性的載體材料為納米TiO₂、納米ZnO、納米WO₃、納米CeO₂或納米SrTiO₃。

7.根據權利要求1所述利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術，其特征在于，所述光熱催化劑制備采用浸漬-原位燒結法，即僅采用太陽能供熱，并在進行二氧化碳還原的反應氣氛下還原燒結使活性組分活化，適用于過渡族第VIII族元素的的非化學計量比氧化物負載在各類載體上的制備，具體步驟如下：

(1)將載體材料浸漬在過渡族第VIII族元素的前驅體溶液中并分散均勻，過渡族第VIII族元素占載體材料質量百分比為1％-10％；

(2)溶液在攪拌中由會聚太陽光加熱蒸干；

(3)研磨干燥樣品并置于光熱催化反應器中，利用會聚太陽光照射，先通入空氣氣氛，然后通入進行二氧化碳還原的反應氣氛，進行燒結及活化處理。

8.根據權利要求1所述利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術，其特征在于，當載體材料為權利要求6所述具有光催化活性的材料時，可采用光沉積-原位燒結法替代浸漬-原位燒結法，即僅采用太陽能供光、供熱，并在進行二氧化碳還原的反應氣氛下還原燒結使活性組分活化，具體步驟如下：

(1)將載體材料分散在過渡族第VIII族元素的前驅體溶液中，過渡族第VIII族元素占載體材料質量百分比為1％-10％；

(2)將溶液置于密閉容器中用會聚太陽光照射等待過渡族第VIII族元素光沉積在載體上后，將封閉容器打開，繼續用會聚太陽光照射溶液直至其蒸干；

(3)研磨干燥樣品并置于光熱催化反應器中，利用會聚太陽光照射，通入進行二氧化碳還原的反應氣氛，進行燒結及活化處理。

9.根據權利要求1所述利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術，其特征在于，直接轉化二氧化碳制備甲烷有機燃料，即不需要消耗電能等其他能源供熱，在會聚太陽光照射下，通入二氧化碳還原的反應氣氛，即體積比為(4.2±0.2):1.0的氫氣與二氧化碳氣混合氣體，由于二氧化碳甲烷化反應為強放熱反應，可實現光熱催化劑在200-600攝氏度快速活化，最終獲得穩定生成甲烷的活性。

10.根據權利要求1所述利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術，其特征在于，直接轉化二氧化碳制備其它烷烴、烯烴、醇、醛、酮類燃料,不需要消耗電能等其他能源供熱，在會聚太陽光照射下，在權利要求4所述載體材料中使用復合載體材料或/和在權利要求9所述反應氣氛的氫氣與二氧化碳氣混合氣體中輔以氧氣或者短鏈醇、醛、羧酸類有機物。