[發明專利]一種光催化合成氨的方法

有效

• 申請號: 201610403171.8
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN106082270B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 胡虹
• 申請（專利權）人: 南京科技職業學院
• 主分類號: C01C1/04
• 分類號: C01C1/04
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所32205
• 代理人: 華德明

技術領域

本發明涉及一種合成氨方法，具體涉及一種光催化合成氨的方法。

背景技術

氨氣是重要的化工原料，在塑料工業、制堿工業、化肥工業等領域都有廣泛的應用，德國化學家哈伯(F·Haber)解決了反應條件、觸媒和機械設備問題，成功地以工業規模實現了熱力學上有利的直接合成氨，成為化學工業史上的里程碑，從而獲得了1918年的諾貝爾化學獎，但是由于反應條件(500～600℃，200～1000大氣壓)以及對設備和動力的要求都比較苛刻，而且，哈伯制氨法，氨氣的轉化率只有10％～15％，而且生產過程能耗高、污染重，成本高，因此長期以來，如何在較為溫和的條件下實現固氮作用，一直是化學研究的熱門領域。

專利申請CN103108994公開了一種常溫合成氨的方法，在光照的條件下，通過電解的方法來進行氨氣合成，以達到工業生產的濃度要求。但是這種方法需要消耗大量的電能，生產成本過高，而且，在生產過程中需要用到電解質溶液，會產生大量的工業廢水，會對環境造成嚴重的影響，因此，在工業上的應用具有很大的局限性，無法進行大規模的工業化生產。

1977年，美國加利福尼亞大學圣地亞哥的G·N·SChrauzer等人利用氮氣和水在觸媒上光照射下合成氨初獲成功，但是氨氣的制備效率很低，達不到工業化生產的目的。近年來，光催化合成氨方法研究較多，但是所選用的催化劑為金屬金屬氧化物或金屬氧化物負載貴金屬，氨產量實驗數據多在幾百微克/克·催化劑，雖然能夠達到工業化價值標準，但是產率仍偏低，使得生產成本過高，因此也沒有實現大規模的工業化。

現有的光催化合成氨技術，通常是將原料混合后再光催化條件下反應，反應時間超過兩小時，催化劑活性就有很大程度的降低，而且又損耗，必須處理后才能繼續進行反應，提高了生產成本。

發明內容

針對以上問題，本發明提供了一種效率高、成本低、催化劑使用壽命長，適用于工業化推廣的光催化合成氨的方法。

本發明的光催化合成氨的方法，合成步驟為：

(1)在反應釜中加入水后，再向反應釜中加入催化劑；

(2)超聲攪拌混合物；

(3)通入氮氣，保持磁力攪拌；

(4)將步驟(2)攪拌均勻后的混合物置于光照的條件下進行反應。

本發明的光催化合成氨的方法還包括以下步驟：

(5)取樣，分離出催化劑后，用靛酚藍分光光度法分析溶液中NH₄⁺濃度。

所述NH4+濃度采用UV-Vis紫外可見光譜儀進行分析，UV-Vis紫外可見光譜儀掃描波長范圍為500-800nm。

所述催化劑為三元堿式碳酸鉍BSC或負載金的三元堿式碳酸鉍Au-BSC。

所述催化劑與蒸餾水的質量比為1：1000～1:4000。

所述氮氣流速為5-50mL/min。

所述光照的光源為可見光氙燈，光照強度為1-5個太陽，1個太陽光強度為1W/cm²。

本發明的光催化合成氨的方法，實現了常溫常壓下的氨合成，在傳統光催化合成氨的基礎上，增加了超聲波攪拌的步驟，使原料充分混合，使催化劑與原料充分接觸，且能夠保證在合成過程中催化劑不會聚集成團，仍能保持較高的活性，降低生產成本；同時本發明的光催化合成氨的方法，產率高達12019.2微克/克催化劑，相當于Schrauzer提出的有工業化價值標準的8289倍，完全可以從成本方面、環保方面、工藝方面達到工業化生產的要求。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面通過具體的實施例對本發明作進一步說明。但本發明并不僅限于以下實施方式。

實施例1

常溫條件下，在玻璃管反應器中裝入20ml蒸餾水，N₂流量為20mL/min，加入0.02g催化劑(負載金含量為56.0％)。太陽光強度為1個太陽。光照進行反應，每30min取樣5ml分析NH₄⁺濃度，NH₄⁺濃度采用UV-Vis紫外可見光譜儀進行分析。UV-Vis紫外可見光譜儀掃描波長范圍為500-800nm。

實施例2