[發明專利]一種低溫等離子體和改性分子篩催化劑協同一步轉化CH4

有效

• 申請號: 202010525560.4
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111672543B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 王麗;杜曉敏;徐紅麗;朱益民
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: B01J37/10
• 分類號: B01J37/10;B01J37/34;B01J29/40;B01J29/89;B01J29/85;B01J29/03;B01J29/18;B01J29/70;C07C51/15;C07C53/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

本發明涉及一種低溫等離子體和改性分子篩催化劑協同一步轉化CH₄和CO₂制乙酸的方法，屬于CH₄和CO₂轉化利用領域。本發明所述制備方法包括如下步驟：①用水蒸氣鈍化法、酸處理法、堿處理法、堿金屬改性、堿土金屬改性和稀土金屬改性中的至少一種方法將分子篩改性；②將步驟①所得產品在等離子體氣氛中350?500℃焙燒0.5?3h。本發明實現了在低溫、常壓條件下利用一步法將CH₄和CO₂轉化為高附加值的乙酸，工藝簡單，方法綠色，原子經濟性高，解決了常規催化CH₄和CO₂反應需要高溫(通常＞700℃)的問題，同時提高了二者轉化產物的附加值。

技術領域

本發明涉及一種低溫等離子體和改性分子篩催化劑協同一步轉化CH₄和CO₂制乙酸的方法，屬于CH₄和CO₂轉化利用領域。

背景技術

CH₄和CO₂是大氣中的兩種主要溫室氣體，是加劇溫室效應與全球氣候變暖的主要原因，同時也是一碳化學的重要原料。CH₄在自然界中分布廣泛，是天然氣、沼氣、油田氣和煤礦坑道氣的主要成分，同時也是廉價易得、儲量豐富的碳源與氫源。大氣中的CO₂主要來自化石燃料燃燒等人類活動，且其濃度與平均年排放量呈現出逐年增長趨勢，預計到2040年CO₂全球排放量約為357億噸。因此，將CH₄和CO₂在溫和條件下直接轉化為高值化學品對于能源化工、石油化工與環境保護都具有重要意義。

目前，工業上由CH₄出發制乙酸的反應工藝通常分三步進行，過程復雜，操作條件苛刻，催化劑壽命短，能耗高，成本高。首先，由CH₄與水蒸氣在800℃高溫和Ni基催化劑作用下重整制合成氣(CH₄+H₂O→CO+3H₂，ΔH⁰_298K＝206.2kJ/mol)；其次，合成氣在約100atm高壓和Cu-Zn-Al催化劑作用下合成甲醇(CO+2H₂→CH₃OH，ΔH⁰_298K＝-90.7kJ/mol)；最后，甲醇和CO在貴金屬Rh或Ir催化劑及碘化鋰助催化劑的作用下羰基化生成乙酸(CH₃OH+CO→CH₃COOH，ΔH⁰_298K＝-175kJ/mol)。

CH₄和CO₂反應制乙酸是原子利用率100％的理想反應(CH₄+CO₂→CH₃COOH，ΔG_298K＝71.17kJ/mol)，但二者化學性質穩定，低溫反應受動力學和熱力學雙重限制，而高溫反應不利于乙酸生成。針對此問題，國內外研究團隊采取兩種辦法，如下：