[發明專利]一種光催化甲烷轉化制備甲酸的方法

在審

• 申請號: 202211428667.2
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115745775A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 唐智勇;謝君
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C07C51/215
• 分類號: C07C51/215;C07C53/02;B01J23/652;B01J35/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 王艷齋

1.一種光催化甲烷轉化制備甲酸的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

超聲均勻混合鈀負載型光催化劑與溶劑，然后依次通入氧氣與甲烷，光照下反應得到甲醇、甲醛、甲基過氧化氫以及所述甲酸；

所述鈀負載型光催化劑包括鈀活性組分與三氧化鎢載體。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈀活性組分的質量為所述三氧化鎢載體質量的0.1-1wt％，優選為0.2-0.3wt％；

優選地，所述鈀負載型光催化劑與溶劑的固液比為(5-20)mg:180mL；

優選地，所述溶劑包括去離子水。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反應在高壓反應釜中進行；

優選地，所述高壓反應釜中的空氣采用所述氧氣進行置換；

優選地，所述氧氣的分壓為5-14bar；

優選地，所述甲烷的分壓為20bar。

4.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，所述反應的時間為1-7h；

優選地，所述反應的溫度為25℃；

優選地，所述光照所用光源包括氙燈；

優選地，所述氙燈的波長為300-780nm。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述氙燈還設置有365nm單色濾光片、420nm單色濾光片、440nm單色濾光片以及490nm單色濾光片；

優選地，所述365nm單色濾光片的波長為347-383nm；

優選地，所述420nm單色濾光片的波長為402-438nm；

優選地，所述440nm單色濾光片的波長為422-458nm；

優選地，所述490nm單色濾光片的波長為470-510nm。

6.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，所述鈀負載型光催化劑采用如下制備方法制備得到：

(1)按配方量混合三氧化鎢、鈀源以及溶劑，得到混合液；

(2)冰浴混合還原劑與步驟(1)所得混合液，固液分離后所得固相經洗滌與干燥，得到所述鈀負載型光催化劑。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述混合液的固含量為0.4-0.6wt％；

優選地，步驟(1)所述鈀源包括氯鈀酸；

優選地，步驟(1)所述溶劑包括去離子水；

優選地，步驟(1)所述混合的溫度為20-25℃；

優選地，步驟(1)所述混合的時間為5.5-6.5h。

8.根據權利要求6或7所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述還原劑包括硼氫化鈉水溶液；

優選地，所述硼氫化鈉水溶液中硼氫化鈉與去離子水的質量體積比為(10-12)mg:1mL；

優選地，所述去離子水的用量為4.9-5.1mL；

優選地，步驟(2)所述冰浴混合的時間為50-70min；

優選地，步驟(2)所述冰浴混合的溫度為0℃。

9.根據權利要求6-8任一項所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述洗滌在去離子水中進行；

優選地，步驟(2)所述洗滌的次數為2-4次；

優選地，步驟(2)所述干燥的溫度為60-65℃；

優選地，步驟(2)所述干燥的時間為12-14h。

10.根據權利要求1-9任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

超聲均勻混合鈀負載型光催化劑與溶劑，通入分壓為5-14bar的氧氣并以氧氣置換高壓反應釜中的空氣，然后通入分壓為20bar的甲烷，在高壓反應釜中25℃下光照反應1-7h得到甲醇、甲醛、甲基過氧化氫以及所述甲酸；

所述鈀負載型光催化劑包括鈀活性組分與三氧化鎢載體；所述鈀活性組分的質量為所述三氧化鎢載體質量的0.1-1wt％；所述鈀負載型光催化劑與溶劑的固液比為(5-20)mg:180mL；

所述光照所用光源包括波長為300-780nm的氙燈；所述氙燈還設置有波長為347-383nm的365nm單色濾光片、波長為402-438nm的420nm單色濾光片、波長為422-458nm的440nm單色濾光片以及波長為470-510nm的490nm單色濾光片；

所述鈀負載型光催化劑采用如下制備方法制備得到：

(1)20-25℃下按配方量混合三氧化鎢、鈀源以及溶劑5.5-6.5h，得到混合液；所述混合液的固含量為0.4-0.6wt％；

(2)0℃下冰浴混合還原劑與步驟(1)所得混合液50-70min，固液分離后所得固相經去離子水洗滌2-4次、60-65℃干燥12-14h，得到所述鈀負載型光催化劑；所述還原劑包括硼氫化鈉與去離子水的質量體積比為(10-12)mg:1mL的硼氫化鈉水溶液；所述去離子水的用量為4.9-5.1mL。