[發(fā)明專利]水滑石基光催化劑用于光催化氮氣加水制備氨的應用

有效

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• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107804858B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發(fā)明（設計）人: 張鐵銳;趙運宣;趙宇飛;尚露;周超;吳驪珠;佟振合
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C01C1/04
• 分類號: C01C1/04;B01J21/10;B01J23/06;B01J23/26;B01J23/755;B01J23/86
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發(fā)明公開了基于水滑石基光催化劑用于光催化氮氣加水制備氨的應用，所述水滑石基光催化劑的分子式為：其中M²⁺＝Mg²⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Zn²⁺；M³⁺＝Al³⁺,Cr³⁺。本發(fā)明首次實現(xiàn)了采用水滑石基光催化劑制備氨，所使用水滑石基光催化劑成本低廉，制備簡便，工藝簡單，易于大規(guī)模生產，且氨的產量高，有望進行工業(yè)推廣。

技術領域

本發(fā)明涉及光催化技術領域，具體涉及水滑石基光催化劑用于光催化氮氣加水制備氨的應用。

背景技術

氨是重要的無機化工產品之一，合成氨工業(yè)在國民經濟中占有重要地位。除液氨可直接作為化肥外，農業(yè)上使用的氮肥，例如：尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復合肥，都是以氨為原料的。合成氨是大宗化工業(yè)品之一，世界每年合成氨產量已達到1億噸以上，其中約有80％的氨用于化學肥料，20％用于作為其它化工產品原料。同時，所有生物體都需要氮元素來建立蛋白質、核酸和許多其他生物分子。雖然占地球氣候的78％左右，但分子形式的氮因其強大而無法用于大多數生物體非極性N-N共價三鍵朝向離子化，負電子親和力，高電離能等。因此，通過經典的Haber-Bosch工藝將N₂固定在NH₃上必須在鐵基催化劑存在的條件下，在苛刻的反應條件下進行(15-25MPa，300-550℃)。同時提供反應條件需消耗世界能源供應的1-2％，每年產生2.3噸的二氧化碳。到目前為止，用于NH₃合成的原料氫氣主要來自甲烷的重整，其占世界年度天然氣產量的3-5％，也釋放大量的二氧化碳。然而，當前環(huán)境污染和能源短缺是困擾人類可持續(xù)發(fā)展的難題。隨著人類對能源需求的日益增加，石油資源的日益耗竭，環(huán)境壓力越來越大。鑒于化石燃料短缺和全球氣候變化，通過減少能源需求過程的固氮是一項具有挑戰(zhàn)性和長期性的目標。利用太陽能光催化技術將太陽能轉化為化學能，已被認為是解決未來可再生能源的最佳途徑之一。

水滑石是一類獨特的層狀陰離子型化合物，其主體層板結構類似于水鎂石Mg(OH)₂，層板為八面體MO₆共棱邊，金屬離子占據八面體中心，由于主體層板的元素組成可調，層間客體的可調控性，水滑石在催化、載體和功能材料方面有諸多應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供水滑石基光催化劑用于光催化氮氣加水制備氨的應用。本發(fā)明基于水滑石的層狀結構及層板二價和三價金屬離子的比例可調控性，通過成核晶化隔離法制備超薄的水滑石基光催化劑，并首次將此水滑石基光催化劑應用于光催化合成氨反應中。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

水滑石基光催化劑用于光催化氮氣加水制備氨的應用，所述水滑石基光催化劑的分子式為：

其中M²⁺＝Mg²⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Zn²⁺；

M³⁺＝Al³⁺,Cr³⁺。

本發(fā)明提供一種優(yōu)選方案，水滑石基光催化劑用于光催化氮氣加水制備氨的應用，將水滑石基光催化劑加入到裝有水的反應裝置中，充入氮氣，光照進行反應。

更具體地，包括以下步驟：

1)將水滑石基光催化劑和水分別加入反應裝置中，使水滑石基光催化劑在水中分散均勻；

2)將步驟1)的反應裝置抽真空至負壓；

3)向步驟2)處理的反應液中通入氮氣至常壓，再向反應溶液中繼續(xù)通氮氣0.5-5小時，使反應液中溶解氮達到飽和狀態(tài)；