[go: up one dir, main page]

CN105664817B - 一种光纤式光催化反应器和将co2转化成甲醇的方法 - Google Patents

一种光纤式光催化反应器和将co2转化成甲醇的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105664817B
CN105664817B CN201610144691.1A CN201610144691A CN105664817B CN 105664817 B CN105664817 B CN 105664817B CN 201610144691 A CN201610144691 A CN 201610144691A CN 105664817 B CN105664817 B CN 105664817B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
rare earth
titanium dioxide
reaction barrel
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610144691.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105664817A (zh
Inventor
赵永椿
孙平
韩涛
熊卓
余学海
张军营
陈璟
郑楚光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
China Shenhua Energy Co Ltd
Beijing Guohua Electric Power Co Ltd
Shenhua Guohua Beijing Electric Power Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
China Shenhua Energy Co Ltd
Beijing Guohua Electric Power Co Ltd
Shenhua Guohua Beijing Electric Power Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, China Shenhua Energy Co Ltd, Beijing Guohua Electric Power Co Ltd, Shenhua Guohua Beijing Electric Power Research Institute Co Ltd filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201610144691.1A priority Critical patent/CN105664817B/zh
Publication of CN105664817A publication Critical patent/CN105664817A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105664817B publication Critical patent/CN105664817B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

本发明涉及能源与环境领域，公开了一种光纤式光催化反应器和将CO2转化成甲醇的方法。该反应器包括光源(1)和反应桶(2)，反应桶上设置有物料进口(21)和物料出口(22)，在反应桶中沿长度方向设置有负载有稀土改性的二氧化钛的光纤(3)，反应桶的两端均设置有密封板(5)，且至少一端的密封板上设置有石英玻璃片(6)，光源设置在设有石英玻璃片的反应桶的至少一端的外部，用于将光束通过石英玻璃片射入反应桶内，其中，负载有稀土改性的二氧化钛的光纤(3)包括光纤和包覆于光纤外表面的掺杂有稀土的二氧化钛层。利用该反应器将CO2转化成甲醇，甲醇产率高、光利用率高、催化剂比表面积大且易回收。

Description

一种光纤式光催化反应器和将CO2转化成甲醇的方法
技术领域
本发明涉及能源与环境领域，具体地，涉及一种光纤式光催化反应器和将CO2转化成甲醇的方法。
背景技术
大量温室气体如CO2、CH4等的排放引起的温室效应已成为全球关注热点。近年来，人类生产活动引起的大气中CO2浓度的增加已加速了温室效应对全球气候的影响，如何有效地控制CO2排放已成为各国的当务之急。由于煤炭是我国最主要的一次能源，我国CO2的排放主要来自于燃煤，这其中又以燃煤电厂为主，因此，找到一种有效控制电厂CO2排放的技术迫在眉睫。
目前，燃煤CO2排放控制技术主要分为三大类：一类是燃后控制技术，包括化学方法、物理方法等；一类是燃前控制技术，主要是煤气化技术；一类是富氧燃烧技术。各种CO2控制方法存在的问题有：能耗高、成本高、回收的CO2利用率低。
利用光催化还原的方法将富氧燃烧烟气中的高浓度CO2转化为甲醇等燃料是一种颇具潜力的减排并同时利用CO2的有效办法。它采用半导体材料 (一般是锐钛矿型的TiO2)作为催化剂，当能量高于半导体禁带宽度的光照射到催化剂表面时，就会激发半导体内的电子从价带跃迁至导带，形成具有很强活性的电子空穴对，使得CO2的还原反应得以进行。该方法能耗低、成本低、无污染，在降低CO2排放的同时还实现了CO2的资源化利用。
其中，光催化反应器对光催化还原CO2的效率及甲醇产率有重要影响，但是现有光反应器，例如悬浮液反应器、常规固定床反应器存在催化剂光利用率低、比表面积小、难以回收等缺点，不利于光催化反应的进行。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种光纤式光催化反应器和一种将CO2转化成甲醇的方法。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种光纤式光催化反应器，该光纤式光催化反应器包括光源和反应桶，所述反应桶上设置有物料进口和物料出口，在反应桶中沿长度方向设置有负载有稀土改性的二氧化钛的光纤，所述反应桶的两端均设置有密封板，且至少一端的密封板上设置有石英玻璃片，所述光源设置在设有石英玻璃片的反应桶的至少一端的外部，用于将光束通过所述石英玻璃片射入反应桶内，其中，所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤包括光纤和包覆于光纤外表面的掺杂有稀土的二氧化钛层。
第二方面，本发明提供了一种将CO2转化成甲醇的方法，所述方法包括：将含有CO2的物料供给至本发明所述的光纤式光催化反应器中，进行光催化还原反应以将CO2转化成甲醇。
本发明的光纤式光催化反应器，为一种能够提高甲醇产率、内部设置有负载稀土改性的纳米TiO2层的光纤的结构紧凑型光纤式光催化反应器，用于将含有CO2的物料(如富氧烟气)中的CO2转化成甲醇，甲醇产率高(本发明的甲醇产率均在200μmol/h/g(即每克催化剂每小时制备得到200μmol 甲醇)以上，可高达500μmol/h/g，而现有方法中甲醇产率一般低于 100μmol/h/g)、光利用率高、催化剂比表面积大、易回收、能耗低、成本低、无污染，在降低CO2排放的同时还实现了CO2的资源化利用。具体地，在本发明中，(1)在光纤外表面负载稀土改性的纳米TiO2层，使得催化剂在CO2转化甲醇的光催化还原反应中具有更高的催化活性。(2)催化剂直接负载在光纤表面，避免了传统的固定式光催化反应器中存在的反应介质对光的吸收和散射，光利用率大大提高；催化剂的表面积也大大提高，增强了反应器的处理能力。(3)根据本发明的一种优选的实施方式，本发明中采用双光源，能够提供更强、更均匀的侧面发光强度。(4)根据本发明的一种优选的实施方式，本发明中反应器的内壁设置有铝箔反光层，提高了光利用率；反应器的外部包覆有加热带，便于控制反应器温度及产物收集。(5)根据本发明的一种优选的实施方式，本发明采用光纤固定架固定光纤，能够使光纤均匀地布置于反应器中，也使得光纤拆卸更为灵活、方便；另外，光纤固定架还能够促进CO2气流与光纤外表面的稀土改性的二氧化钛充分接触，提高传质效果和反应速率。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例1中光纤式光催化反应器的结构示意图。
图2是本发明实施例1中的光纤固定架的俯视图。
附图标记说明
1为光源；2为反应桶；21为物料进口；22为物料出口；3为负载有稀土改性的二氧化钛的光纤；4为光纤固定架；41为圆形架体；42为隔板；43 为光纤固定孔；5为密封板；6为石英玻璃片。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
第一方面，本发明提供了一种光纤式光催化反应器，如图1所示，该光纤式光催化反应器包括光源1和反应桶2，所述反应桶2上设置有物料进口 21和物料出口22，在反应桶2中沿长度方向设置有负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3，所述反应桶2的两端均设置有密封板5，且至少一端的密封板5上设置有石英玻璃片6，所述光源1设置在设有石英玻璃片6的反应桶 2的至少一端的外部，用于将光束通过所述石英玻璃片6射入反应桶2内，其中，所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3包括光纤和包覆于光纤外表面的掺杂有稀土的二氧化钛层。
本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，密封板5和石英玻璃片 6均为圆形，且石英玻璃片6的直径小于密封板5的直径。其中，对于密封板5和石英玻璃片6的具体大小，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整，此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，在反应桶2两端的密封板5上均设置有石英玻璃片6，且光源1的个数为2个，分别设置在反应桶 2的两端的外部。
本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，密封板5为不锈钢板。
本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，光源1为人造光源和/ 或自然光源。根据实际情况，光源可在人造光源和自然光源之间替换，对于人造光源没有特别的限定，可以根据催化剂的种类选择不同光源，包括氙灯、汞灯等。
本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，光源1通过聚光透镜将光束射入反应桶2内。
本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，反应桶2内设置有光纤固定架4，所述光纤固定架4包括分别设置在反应桶2两端的圆形架体41 和连接两个所述圆形架体41的隔板42，在所述圆形架体41上设置有光纤固定孔43(如图2所示)，用于将光纤3进行固定。
本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，圆形架体41的直径不大于石英玻璃片6的直径。
本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，反应桶2的内壁设置有铝箔反光层。
本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，反应桶2的外部设置有加热带。
本发明的光纤式光催化反应器中，本领域技术人员应该理解的是，负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3包括光纤和包覆于光纤外表面的掺杂有稀土的二氧化钛层，其中，负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3中包括的光纤为未包覆掺杂有稀土的二氧化钛层的光纤。
第二方面，本发明提供了一种将CO2转化成甲醇的方法，所述方法包括：将含有CO2的物料供给至本发明所述的光纤式光催化反应器中，进行光催化还原反应以将CO2转化成甲醇。
本发明的方法中，优选情况下，光催化还原反应的条件包括：温度为 15-180℃，光照强度为10-25mW/cm2，含有CO2的物料的流量为5-20ml/min，进一步优选地，在含有CO2的物料中，CO2的含量为85-90体积％，H2O的含量为5-12体积％。其中，在含有CO2的物料中，除了CO2和H2O外，其余组分主要为氧气和氮气。
本发明的方法中，含有CO2的物料可以为含有水和高浓度CO2的各种来源的含有CO2的物料，如来自燃煤电厂的富氧烟气。
本发明的方法中，优选情况下，该方法还包括通过以下方法制备负载有稀土改性的二氧化钛的光纤，该制备负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法包括：去除光纤表面的有机包覆层，将去除了有机包覆层的光纤全部浸入掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中，静置，然后取出光纤并依次进行成膜处理、干燥处理和煅烧处理。
本发明的方法中，对于去除光纤表面的有机包覆层的方法没有特别的限定，可以为本领域常用的各种方法，例如可以通过灼烧的方式去除光纤表面的有机包覆层。
本发明的方法中，为了提高稀土改性的二氧化钛在光纤外表面的负载效果，优选情况下，静置的时间为20-40min。
本发明的方法中，为了提高稀土改性的二氧化钛在光纤外表面的负载效果，优选情况下，取出光纤的方法包括：将光纤在掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中保持垂直状态，以20-40mm/min的速度从掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中取出。
本发明的方法中，优选情况下，成膜处理的条件包括：温度为15-35℃，时间为8-10h。
本发明的方法中，优选情况下，干燥处理的条件包括：温度为60-120 ℃，时间为6-8h。
本发明的方法中，优选情况下，煅烧处理的条件包括：温度为400-500 ℃，时间为1-3h。
进一步地，本发明的方法中，优选情况下，该方法还包括通过包括以下步骤的方法制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶：
(1)按体积比1：3-5将钛酸有机酯与醇进行混合，得到钛酸有机酯的醇溶液；
(2)按体积比1：2-3：5-8将去离子水、酸和醇进行混合，得到混合液；
(3)向步骤(2)得到的混合液中加入稀土盐并进行混合；
(4)在搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加至步骤(1)得到的钛酸有机酯的醇溶液中，其中，步骤(1)得到的钛酸有机酯的醇溶液与步骤(3) 得到的产物的体积比为2.5-4:1，且分别以钛元素和稀土元素计，步骤(1) 得到的钛酸有机酯的醇溶液中的钛酸有机酯与步骤(3)得到的产物中的稀土盐的摩尔比为1：0.003-0.05。
本发明的方法中，制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶时，优选情况下，步骤(1)中，钛酸有机酯为钛酸四正丁酯、钛酸四异丙酯和钛酸四乙酯中的至少一种，进一步优选为钛酸四正丁酯。
本发明的方法中，制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶时，优选情况下，步骤(1)中，所述醇为无水乙醇、叔丁醇和异丙醇中的至少一种，进一步优选为无水乙醇。
本发明的方法中，制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶时，优选情况下，步骤(2)中，所述酸为冰醋酸(即冰乙酸)和/或36-38重量％的盐酸溶液，进一步优选为冰醋酸。
本发明的方法中，制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶时，优选情况下，步骤(2)中，所述醇为无水乙醇、叔丁醇和异丙醇中的至少一种，进一步优选为无水乙醇。
本发明的方法中，制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶时，优选情况下，步骤(3)中，所述稀土盐中稀土元素为铈、镨、镧、钐和钬中的至少一种，进一步优选为铈和/或镨；所述稀土盐为稀土元素的硝酸盐、醋酸盐或氯化物。
本发明的方法中，制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶时，优选情况下，步骤(4)中，所述滴加的速度为1.2-1.8ml/min。
本发明的方法中，制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶时，步骤(4)即可得到掺杂有稀土的二氧化钛溶胶。为了调控溶胶的粘度，优选情况下，该方法还包括：向步骤(4)得到的产物中加入聚乙二醇，进行搅拌。进一步优选地，以100ml步骤(4)得到的产物为基准，聚乙二醇的加入量为1-3g。
实施例
以下将通过附图1-2和实施例对本发明进行详细描述，但并不因此限制本发明。以下实施例中，如无特别说明，各试剂均可商购获得，各方法均为本领域常用的各种方法。
富氧烟气为来自燃煤电厂的富氧烟气，以富氧烟气为基准，组成为：CO2的含量为88体积％，H2O的含量为6体积％，其余组分主要为氧气和氮气，含量分别为4体积％、2体积％(剩余组分含量极小，可忽略不计)。
实施例1-1
本实施例用于说明本发明的制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶的方法。
(1)按体积比1：4将钛酸四正丁酯与无水乙醇进行混合，得到钛酸四正丁酯的乙醇溶液；
(2)按体积比1：2.5：6将去离子水、冰醋酸和无水乙醇进行混合，得到混合液；
(3)向步骤(2)得到的混合液中加入硝酸铈并进行混合；
(4)在搅拌下，将步骤(3)得到的产物以1.4ml/min的速度滴加至步骤(1)得到的钛酸四正丁酯的乙醇溶液中，其中，步骤(1)得到的钛酸四正丁酯的乙醇溶液与步骤(3)得到的产物的体积比为3:1，且分别以钛元素和稀土元素铈计，步骤(1)得到的钛酸四正丁酯的乙醇溶液中的钛酸四正丁酯与步骤(3)得到的产物中的硝酸铈的摩尔比为1：0.02；
(5)向步骤(4)得到的产物中加入聚乙二醇，并进行搅拌，得到掺杂有稀土铈的二氧化钛溶胶，其中，以100ml步骤(4)得到的产物为基准，聚乙二醇的加入量为2g。
实施例1-2
本实施例用于说明本发明的制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶的方法。
(1)按体积比1：3将钛酸四异丙酯与叔丁醇进行混合，得到钛酸四异丙酯的叔丁醇溶液；
(2)按体积比1：2：5将去离子水、37重量％的盐酸溶液和叔丁醇进行混合，得到混合液；
(3)向步骤(2)得到的混合液中加入氯化镨并进行混合；
(4)在搅拌下，将步骤(3)得到的产物以1.8ml/min的速度滴加至步骤(1)得到的钛酸四异丙酯的叔丁醇溶液中，其中，步骤(1)得到的钛酸四异丙酯的叔丁醇溶液与步骤(3)得到的产物的体积比为4:1，且分别以钛元素和稀土元素镨计，步骤(1)得到的钛酸四异丙酯的叔丁醇溶液中的钛酸四异丙酯与步骤(3)得到的产物中的氯化镨的摩尔比为1：0.05；
(5)向步骤(4)得到的产物中加入聚乙二醇，并进行搅拌，得到掺杂有稀土镨的二氧化钛溶胶，其中，以100ml步骤(4)得到的产物为基准，聚乙二醇的加入量为1g。
实施例1-3
本实施例用于说明本发明的制备掺杂有稀土的二氧化钛溶胶的方法。
(1)按体积比1：5将钛酸四乙酯与异丙醇进行混合，得到钛酸四乙酯的异丙醇溶液；
(2)按体积比1：3：8将去离子水、冰醋酸和异丙醇进行混合，得到混合液；
(3)向步骤(2)得到的混合液中加入醋酸镧并进行混合；
(4)在搅拌下，将步骤(3)得到的产物以1.2ml/min的速度滴加至步骤(1)得到的钛酸四乙酯的异丙醇溶液中，其中，步骤(1)得到的钛酸四乙酯的异丙醇溶液与步骤(3)得到的产物的体积比为2.5:1，且分别以钛元素和稀土元素镧计，步骤(1)得到的钛酸四乙酯的异丙醇溶液中的钛酸四乙酯与步骤(3)得到的产物中的醋酸镧的摩尔比为1：0.003；
(5)向步骤(4)得到的产物中加入聚乙二醇，并进行搅拌，得到掺杂有稀土镧的二氧化钛溶胶，其中，以100ml步骤(4)得到的产物为基准，聚乙二醇的加入量为3g。
实施例2-1
本实施例用于说明制备负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法。
去除光纤表面的有机包覆层，将去除了有机包覆层的光纤全部浸入实施例1-1得到的掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中，静置30min，然后将光纤在掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中保持垂直状态，以30mm/min的速度从掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中取出，将取出的光纤依次进行成膜处理、干燥处理和煅烧处理，其中，成膜处理的条件包括：温度为25℃，时间为9h；干燥处理的条件包括：温度为100℃，时间为7h；煅烧处理的条件包括：温度为450 ℃，时间为2h，得到负载有稀土改性的二氧化钛的光纤。
实施例2-2
本实施例用于说明制备负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法。
去除光纤表面的有机包覆层，将去除了有机包覆层的光纤全部浸入实施例1-2得到的掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中，静置20min，然后将光纤在掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中保持垂直状态，以20mm/min的速度从掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中取出，将取出的光纤依次进行成膜处理、干燥处理和煅烧处理，其中，成膜处理的条件包括：温度为35℃，时间为8h；干燥处理的条件包括：温度为65℃，时间为8h；煅烧处理的条件包括：温度为400 ℃，时间为3h，得到负载有稀土改性的二氧化钛的光纤。
实施例2-3
本实施例用于说明制备负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法。
去除光纤表面的有机包覆层，将去除了有机包覆层的光纤全部浸入实施例1-3得到的掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中，静置40min，然后将光纤在掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中保持垂直状态，以40mm/min的速度从掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中取出，将取出的光纤依次进行成膜处理、干燥处理和煅烧处理，其中，成膜处理的条件包括：温度为15℃，时间为10h；干燥处理的条件包括：温度为120℃，时间为6h；煅烧处理的条件包括：温度为500 ℃，时间为1h，得到负载有稀土改性的二氧化钛的光纤。
实施例3-1
结合图1-2，本实施例用于说明本发明的光纤式光催化反应器。
如图1和2所示，该光纤式光催化反应器包括光源1和反应桶2，所述反应桶2上设置有物料进口21和物料出口22，在反应桶2中沿长度方向设置有实施例2-1制备得到的负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3，所述反应桶2的两端均设置有密封板5，且两端的密封板5上均设置有石英玻璃片6，所述光源1的个数为2个，分别设置于反应桶2的两端的外部，用于将光束通过聚光透镜、并通过石英玻璃片6射入反应桶2内，其中，负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3包括光纤和包覆于光纤外表面的掺杂有稀土的二氧化钛层。
其中，反应桶2的长度为15cm，两端的直径(内径)为6cm，密封板5 和石英玻璃片6均为圆形，且石英玻璃片6的直径为5cm，密封板5的直径为10cm，密封板5为不锈钢板，光源1为汞灯。
其中，反应桶2内设置有光纤固定架4，所述光纤固定架4包括分别设置在反应桶2两端的圆形架体41和连接两个所述圆形架体41的隔板42，在所述圆形架体41上设置有光纤固定孔43，用于将光纤3进行固定。圆形架体41的直径为5.5cm。
其中，反应桶2的内壁设置有铝箔反光层。
其中，反应桶2的外部设置有加热带。
实施例3-2
按照实施例3-1所述的光纤式光催化反应器，不同的是，负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3为实施例2-2制备得到的负载有稀土改性的二氧化钛的光纤。
实施例3-3
按照实施例3-1所述的光纤式光催化反应器，不同的是，负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3为实施例2-3制备得到的负载有稀土改性的二氧化钛的光纤。
实施例4-1
本实施例用于说明本发明的将CO2转化成甲醇的方法。
将富氧烟气通过物料进口21供给至实施例3-1所述的光纤式光催化反应器中，进行光催化还原反应以将CO2转化成甲醇，其中，光催化还原反应的条件包括：温度为120℃，光照强度为20mW/cm2，富氧烟气的流量为 12ml/min。
催化10h后，采用气相色谱法测定光纤式光催化反应器的物料出口22 处收集的物料的组成及其含量，经计算，甲醇产率为488.7μmol/h/g。
实施例4-2
本实施例用于说明将CO2转化成甲醇的方法。
将富氧烟气通过物料进口21供给至实施例3-2所述的光纤式光催化反应器中，进行光催化还原反应以将CO2转化成甲醇，其中，光催化还原反应的条件包括：温度为30℃，光照强度为25mW/cm2，富氧烟气的流量为 7ml/min。
催化10h后，采用气相色谱法测定光纤式光催化反应器的物料出口22 处收集的物料的组成及其含量，经计算，甲醇产率为420.8μmol/h/g。
实施例4-3
本实施例用于说明将CO2转化成甲醇的方法。
将富氧烟气通过物料进口21供给至实施例3-3所述的光纤式光催化反应器中，进行光催化还原反应以将CO2转化成甲醇，其中，光催化还原反应的条件包括：温度为175℃，光照强度为12mW/cm2，富氧烟气的流量为 18ml/min。
催化10h后，采用气相色谱法测定光纤式光催化反应器的物料出口22 处收集的物料的组成及其含量，经计算，甲醇产率为456.4μmol/h/g。
本发明的光纤式光催化反应器，为一种能够提高甲醇产率、内部设置有负载稀土改性的纳米TiO2层的光纤的结构紧凑型光纤式光催化反应器，利用其将CO2转化甲醇时，甲醇产率高、光利用率高、催化剂比表面积大、易回收、能耗低、成本低、无污染，在降低CO2排放的同时还实现了CO2的资源化利用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种光纤式光催化反应器，其特征在于，该光纤式光催化反应器包括光源(1)和反应桶(2)，所述反应桶(2)上设置有物料进口(21)和物料出口(22)，在反应桶(2)中沿长度方向设置有负载有稀土改性的二氧化钛的光纤(3)，所述反应桶(2)的两端均设置有密封板(5)，且至少一端的密封板(5)上设置有石英玻璃片(6)，所述光源(1)设置在设有石英玻璃片(6)的反应桶(2)的至少一端的外部，用于将光束通过所述石英玻璃片(6)射入反应桶(2)内，其中，所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤(3)包括光纤和包覆于光纤外表面的掺杂有稀土的二氧化钛层；
其中，所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤通过包括以下步骤的方法制备得到：去除光纤表面的有机包覆层，将去除了有机包覆层的光纤全部浸入掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中，静置，然后取出光纤并依次进行成膜处理、干燥处理和煅烧处理；
其中，所述掺杂有稀土的二氧化钛溶胶通过包括以下步骤的方法制备得到：
(1)按体积比1：3-5将钛酸有机酯与醇进行混合，得到钛酸有机酯的醇溶液；
(2)按体积比1：2-3：5-8将去离子水、酸和醇进行混合，得到混合液；
(3)向步骤(2)得到的混合液中加入稀土盐并进行混合；所述稀土盐中稀土元素为铈和/或镨；
(4)在搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加至步骤(1)得到的钛酸有机酯的醇溶液中，其中，步骤(1)得到的钛酸有机酯的醇溶液与步骤(3)得到的产物的体积比为2.5-4:1，且分别以钛元素和稀土元素计，步骤(1)得到的钛酸有机酯的醇溶液中的钛酸有机酯与步骤(3)得到的产物中的稀土盐的摩尔比为1：0.003-0.05，所述滴加的速度为1.2-1.8ml/min。
2.根据权利要求1所述的光纤式光催化反应器，其中，在所述反应桶(2)两端的密封板(5)上均设置有石英玻璃片(6)，且所述光源(1)的个数为2个，分别设置在反应桶(2)的两端的外部。
3.根据权利要求1所述的光纤式光催化反应器，其中，所述反应桶(2)内设置有光纤固定架(4)，所述光纤固定架(4)包括分别设置在反应桶(2)两端的圆形架体(41)和连接两个所述圆形架体(41)的隔板(42)，在所述圆形架体(41)上设置有光纤固定孔(43)，用于将光纤(3)进行固定。
4.根据权利要求3所述的光纤式光催化反应器，其中，所述圆形架体(41)的直径不大于所述石英玻璃片(6)的直径。
5.根据权利要求1所述的光纤式光催化反应器，其中，所述反应桶(2)的内壁设置有铝箔反光层。
6.根据权利要求1所述的光纤式光催化反应器，其中，所述反应桶(2)的外部设置有加热带。
7.一种将CO2转化成甲醇的方法，其特征在于，所述方法包括：将含有CO2的物料供给至权利要求1-6中任意一项所述的光纤式光催化反应器中，进行光催化还原反应以将CO2转化成甲醇。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述光催化还原反应的条件包括：温度为15-180℃，光照强度为10-25mW/cm2，所述含有CO2的物料的流量为5-20ml/min。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述含有CO2的物料中，CO2的含量为85-90体积％，H2O的含量为5-12体积％。
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其中，制备所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法中，所述静置的时间为20-40min。
11.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其中，制备所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法中，所述取出光纤的方法包括：将光纤在掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中保持垂直状态，以20-40mm/min的速度从掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中取出。
12.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其中，制备所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法中，所述成膜处理的条件包括：温度为15-35℃，时间为8-10h。
13.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其中，制备所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法中，所述干燥处理的条件包括：温度为60-120℃，时间为6-8h。
14.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其中，制备所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法中，所述煅烧处理的条件包括：温度为400-500℃，时间为1-3h。
CN201610144691.1A 2016-03-14 2016-03-14 一种光纤式光催化反应器和将co2转化成甲醇的方法 Active CN105664817B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610144691.1A CN105664817B (zh) 2016-03-14 2016-03-14 一种光纤式光催化反应器和将co2转化成甲醇的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610144691.1A CN105664817B (zh) 2016-03-14 2016-03-14 一种光纤式光催化反应器和将co2转化成甲醇的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105664817A CN105664817A (zh) 2016-06-15
CN105664817B true CN105664817B (zh) 2018-07-10

Family

ID=56310313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610144691.1A Active CN105664817B (zh) 2016-03-14 2016-03-14 一种光纤式光催化反应器和将co2转化成甲醇的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105664817B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107837679B (zh) * 2017-11-17 2023-03-28 华中科技大学 烟气制碳氢燃料协同脱硫方法及实现该方法的光催化装置
CN108187729B (zh) * 2018-01-15 2021-03-12 中国科学院上海高等研究院 一种复合催化剂薄膜及其制备方法和用途
CN111853714B (zh) * 2020-07-07 2022-02-25 北京科技大学 一种光催化光纤灯及其制作方法
CN112546986A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 中国科学院大学 一种光波导光催化装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1385477A (zh) * 2002-04-28 2002-12-18 华南理工大学 光催化除污及红外节能的涂层材料
CN102059110A (zh) * 2010-12-02 2011-05-18 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 双稀土共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法
CN102101057A (zh) * 2011-01-30 2011-06-22 哈尔滨师范大学 可见光响应高活性(RE,N)/TiO2纳米光催化剂及其制备方法
CN102580526A (zh) * 2012-02-10 2012-07-18 华中科技大学 一种富氧燃烧电厂烟气中co2光催化还原方法与装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013129554A (ja) * 2011-12-21 2013-07-04 Rhodia Operations 複合酸化物、その製造法及び排ガス浄化用触媒
CN203663825U (zh) * 2013-11-21 2014-06-25 中国计量学院 一种光催化反应实验装置
CN205570308U (zh) * 2016-03-14 2016-09-14 中国神华能源股份有限公司 一种光纤式光催化反应器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1385477A (zh) * 2002-04-28 2002-12-18 华南理工大学 光催化除污及红外节能的涂层材料
CN102059110A (zh) * 2010-12-02 2011-05-18 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 双稀土共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法
CN102101057A (zh) * 2011-01-30 2011-06-22 哈尔滨师范大学 可见光响应高活性(RE,N)/TiO2纳米光催化剂及其制备方法
CN102580526A (zh) * 2012-02-10 2012-07-18 华中科技大学 一种富氧燃烧电厂烟气中co2光催化还原方法与装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Photocatalytic Reduction of Greenhouse Gas CO2 to Fuel;Jeffrey C. S. Wu;《Catalysis Surveys from Asia》;20090226;第13卷(第1期);第30-40页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105664817A (zh) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205570308U (zh) 一种光纤式光催化反应器
Wang et al. CO2 photoreduction using NiO/InTaO4 in optical-fiber reactor for renewable energy
CN105664817B (zh) 一种光纤式光催化反应器和将co2转化成甲醇的方法
Wu Photocatalytic reduction of greenhouse gas CO2 to fuel
CN102580526B (zh) 一种富氧燃烧电厂烟气中co2光催化还原方法与装置
CN105771948A (zh) 具有高光催化制氢性能的双壳二氧化钛催化剂及其制备方法
Zhao et al. Recent advances in vehicle exhaust treatment with photocatalytic technology
CN106378190A (zh) 一种金属‑有机框架材料光敏化二氧化钛共催化剂及其制备方法与应用
CN101973519A (zh) 一种聚光-转光复合增强型太阳能光催化分解水制氢系统
CN108889332A (zh) 一种氮掺杂TiO2/g-C3N4光催化剂及其制备方法
CN105749901A (zh) 一种表面负载有稀土改性的二氧化钛的光纤及其制备方法
CN105148944B (zh) 一种可见光催化剂及制备方法
CN103706347B (zh) 一种TiO2微球及其制备方法
Degerli et al. Reactor and plant designs for the solar photosynthesis of fuels
CN105797781A (zh) 一种掺杂有稀土的二氧化钛溶胶及其制备方法
CN105461005B (zh) 一种用于废水处理的光反应器
CN102847536A (zh) 一种复合光催化材料及其制备方法和应用
Dali et al. Research advances in chemical absorbents for carbon dioxide capture
CN109554722A (zh) 光子晶体复合氧化铁纳米阵列光电极的复合材料制备方法
CN104477910B (zh) 一种光热化学循环分解二氧化碳制备一氧化碳的方法
CN102350192A (zh) 一种烟气光催化氧化结合氨法同步脱硫脱硝的方法
US20230046627A1 (en) Formic acid production method and formic acid production system
CN106390736A (zh) 一种利用半导体催化剂光热降解甲醛等大气有机污染物的方法
CN116212592A (zh) 一种二氧化碳空气直捕耦合光催化还原系统
CN113492011B (zh) 一种含缺陷钙钛矿材料对一氧化氮（no）的光催化去除方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant