本發(fā)明屬于環(huán)境工程領(lǐng)域，具體涉及光催化二氧化碳制備碳?xì)淙剂霞状嫉南到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源、環(huán)境、氣候是人類所面臨的三大問題。目前所用能源的90％以上都來至于石化類。石化類能源的最終產(chǎn)物主要以CO₂為主，此外還含有少量氮氧化物及硫氧化物等。大量CO₂的排放造成環(huán)境污染、含碳排放偏高、氣候變暖等；氮氧化物、硫氧化物、粉塵等是形成霧霾的主要源頭。

如何高效合理的處理石化類能源的最終產(chǎn)物是解決環(huán)境中高含碳排放和霧霾的關(guān)鍵。

石化類能源最終產(chǎn)物主要來源于傳統(tǒng)的煤炭行業(yè)、火力發(fā)電、燃油交通工具等，石化類能源最終產(chǎn)物主要是通過其使用設(shè)備終端排放的空氣中，控制好終端的排放氣體并對其進(jìn)行高效合理化處理是目前石化類能源體系所面臨和解決的問題所在。

空氣中CO₂的正常含量為0.03％，傳統(tǒng)的煤炭行業(yè)、火力發(fā)電、燃油汽車使得含碳排放大大超標(biāo)。我國火力發(fā)電占總發(fā)電量83.2％，煤炭消費(fèi)總量的49％用于發(fā)電。因此火力發(fā)電中煤炭燃燒所造成的含碳排放幾乎占據(jù)一半的煤炭消耗量。以燃煤火力發(fā)電為參考，計(jì)算電力的排放系數(shù)。使用1度(kWh)電(折算標(biāo)準(zhǔn)煤0.4kg)的排放系數(shù)(kg)為：碳排放/0.272、CO₂排放/0.997、SO₂排放/0.03、0.015排放/NO_X，其中CO₂占主體，含少量SO₂和NO_X。CO₂主要用在食品加工、滅火材料及油田開采等方面。由于煤炭燃燒排放的CO₂中含有SO₂和NO_X等成分，不易直接用于食品加工及滅火材料，未處理的排放氣體還是造成霧霾的元兇。

目前對煤炭燃燒產(chǎn)生的CO₂及附帶氣體主要采用地下封存或作為油田開采注入氣體等。CO₂氣體被地下封存并沒有將CO₂消耗或轉(zhuǎn)換掉，并且封存CO₂對地質(zhì)條件要求較高，封存過程需要消耗大量能源，不是處理石化類燃料最終產(chǎn)物的較優(yōu)方法。

近年來各國逐漸采用太陽光等其它形式的自然資源低成本將CO₂捕獲并有效還原成可利用的碳?xì)淙剂陷^為理想的方法，但該類方法主要難點(diǎn)為(1)CO₂穩(wěn)定不易捕獲；(2)CO₂光催化重要活性物質(zhì)·CO₂^-還原電位CO₂/·CO₂^-高達(dá)-1.9V(PH＝7)不易進(jìn)行；(3)現(xiàn)有較成熟的光催化劑TiO₂(禁帶寬度3.2eV)為紫外光催化劑對太陽光的利用率太低(紫外光占太陽光4％以下)，催化效果不佳。

但是目前上沒有較為成熟的通過光催化二氧化碳制備碳?xì)淙剂霞状嫉南到y(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題做出改進(jìn)，即本發(fā)明公開了光催化二氧化碳制備碳?xì)淙剂霞状嫉南到y(tǒng)。

技術(shù)方案：光催化二氧化碳制備碳?xì)淙剂霞状嫉南到y(tǒng)，包括光催化反應(yīng)器、水循環(huán)恒溫浴箱、蠕動泵、太陽能聚光器、冷凝器和智能控制器，

所述光催化反應(yīng)器通過外部封閉式裹覆方式設(shè)于所述水循環(huán)恒溫浴箱中，所述光催化反應(yīng)器的內(nèi)壁底部設(shè)有噴氣砂芯，所述光催化反應(yīng)器內(nèi)盛有飽和溶液，

所述光催化反應(yīng)器的頂部還設(shè)有第一pH計(jì)、溫度計(jì)、氣壓計(jì)、第二pH計(jì)和加料管，所述加料管的外端設(shè)有加料閥，所述第一pH計(jì)的底部、所述溫度計(jì)的底部均與飽和溶液上液面相接觸、所述第二pH計(jì)的底部與所述飽和溶液的底部相接觸，

所述光催化反應(yīng)器的底部的中部設(shè)有進(jìn)氣管，在進(jìn)氣管中設(shè)有進(jìn)氣管氣泵，進(jìn)氣管的外端設(shè)有第一氣閥，

所述光催化反應(yīng)器的頂部通過管道與進(jìn)氣管相連通，該管道中設(shè)有第二氣閥，

所述光催化反應(yīng)器的頂部通過冷凝管與所述冷凝器相連，所述冷凝管中設(shè)有氣體導(dǎo)出閥，

所述冷凝器設(shè)有出液管，該出液管設(shè)有液體導(dǎo)出閥，

所述水循環(huán)恒溫浴箱的一側(cè)的側(cè)壁上部設(shè)有出水口，所述水循環(huán)恒溫浴箱的相對另一側(cè)的側(cè)壁底部設(shè)有進(jìn)水口，所述出水口與所述進(jìn)水口通過管道相連通，該管道上設(shè)有蠕動泵，通過循環(huán)水的溫度以水浴的方式控制光催化反應(yīng)器內(nèi)部的恒溫，

太陽能聚光器通過外部支架固設(shè)于光催化反應(yīng)器垂直上方處，

所述智能控制器分別與太陽能聚光器、第一pH計(jì)、溫度計(jì)、氣壓計(jì)、第二pH計(jì)、第一氣閥、第二氣閥、加料閥、氣體導(dǎo)出閥、液體導(dǎo)出閥相連，用于控制太陽能聚光器、第一氣閥、第二氣閥、加料閥、氣體導(dǎo)出閥、液體導(dǎo)出閥的閉合。

進(jìn)一步的，光催化反應(yīng)器為透明玻璃光催化反應(yīng)器。

進(jìn)一步地，飽和溶液是含有SrTi_1-xFe_xO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)粉體的飽和氫氧化鈉水溶液。

有益效果：本發(fā)明公開的光催化二氧化碳制備碳?xì)淙剂霞状嫉南到y(tǒng)具有以下有益效果：

1、利用太陽自然光，避免了傳統(tǒng)二氧化碳制備碳?xì)淙剂系母邏汉透邷靥幚?，?jié)能、安全、環(huán)保；

2、理論上不消耗光催化劑和NaOH,只需定期補(bǔ)充水和不斷導(dǎo)入CO₂轉(zhuǎn)化為燃料甲醇，實(shí)現(xiàn)石化類燃料燃燒C的零排放；

3.實(shí)現(xiàn)了除光合作用以外的碳的自然界循環(huán)使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明公開的二氧化碳制備甲醇的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：

1-光催化反應(yīng)器 2-水循環(huán)恒溫浴箱

3-蠕動泵 4-進(jìn)氣管氣泵

5-太陽能聚光器 6-冷凝器

7-智能控制器 8-噴氣砂芯

9-第一pH計(jì) 10-溫度計(jì)

11-氣壓計(jì) 12-第二pH計(jì)

13-第一氣閥 14-第二氣閥

15-加料閥 16-氣體導(dǎo)出閥

17-液體導(dǎo)出閥 18-飽和溶液

具體實(shí)施方式：

下面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式詳細(xì)說明。

如圖1所示，光催化二氧化碳制備碳?xì)淙剂霞状嫉南到y(tǒng)，包括光催化反應(yīng)器1、水循環(huán)恒溫浴箱2、蠕動泵3、太陽能聚光器5、冷凝器6和智能控制器7，

光催化反應(yīng)器1通過外部封閉式裹覆方式設(shè)于水循環(huán)恒溫浴箱2中，光催化反應(yīng)器1的內(nèi)壁底部設(shè)有噴氣砂芯8，光催化反應(yīng)器1內(nèi)盛有飽和溶液18，

光催化反應(yīng)器1的頂部還設(shè)有第一pH計(jì)9、溫度計(jì)10、氣壓計(jì)11、第二pH計(jì)12和加料管，加料管的外端設(shè)有加料閥15，第一pH計(jì)9的底部、溫度計(jì)10的底部均與飽和溶液18上液面相接觸、第二pH計(jì)12的底部與飽和溶液18的底部相接觸，

光催化反應(yīng)器1的底部的中部設(shè)有進(jìn)氣管，在進(jìn)氣管中設(shè)有進(jìn)氣管氣泵4，進(jìn)氣管的外端設(shè)有第一氣閥13，

光催化反應(yīng)器1的頂部通過管道與進(jìn)氣管相連通，該管道中設(shè)有第二氣閥14，

光催化反應(yīng)器1的頂部通過冷凝管與冷凝器6相連，冷凝管中設(shè)有氣體導(dǎo)出閥16，

冷凝器6設(shè)有出液管，該出液管設(shè)有液體導(dǎo)出閥17，

水循環(huán)恒溫浴箱2的一側(cè)的側(cè)壁上部設(shè)有出水口，水循環(huán)恒溫浴箱2的相對另一側(cè)的側(cè)壁底部設(shè)有進(jìn)水口，出水口與進(jìn)水口通過管道相連通，該管道上設(shè)有蠕動泵3，通過循環(huán)水的溫度以水浴的方式控制光催化反應(yīng)器1內(nèi)部的恒溫，

太陽能聚光器5通過外部支架固設(shè)于光催化反應(yīng)器1垂直上方處，

智能控制器7分別與太陽能聚光器5、第一pH計(jì)9、溫度計(jì)10、氣壓計(jì)11、第二pH計(jì)12、第一氣閥13、第二氣閥14、加料閥15、氣體導(dǎo)出閥16、液體導(dǎo)出閥17相連，用于控制太陽能聚光器5、第一氣閥13、第二氣閥14、加料閥15、氣體導(dǎo)出閥16、液體導(dǎo)出閥17的閉合。

進(jìn)一步的，光催化反應(yīng)器1為透明玻璃光催化反應(yīng)器。

進(jìn)一步地，飽和溶液18是含有SrTi_1-xFe_xO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)粉體的飽和氫氧化鈉水溶液。SrTi_1-xFe_xO_3-δ的濃度為0.5～2g/L(也就是向飽和氫氧化鈉水溶液中加入適量的SrTi_1-xFe_xO_3-δ粉體，使的濃度為0.5～2g/L)。

使用時，先通過進(jìn)氣管氣泵4和進(jìn)氣管向光催化反應(yīng)器1中加入二氧化碳，控制光催化反應(yīng)器1中的氣壓在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，待光催化反應(yīng)器1中的溶液pH值為8.3～8.4時，停止向光催化劑反應(yīng)器輸送CO₂氣體；

然后，通過智能控制器7打開太陽能聚光器5，進(jìn)行光催化反應(yīng)，控制光催化反應(yīng)器1中的氣壓在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，待光催化反應(yīng)器1中的溶液pH值為11～14時，關(guān)閉太陽能聚光器5，接著打開恒溫水浴的蠕動泵3，控制光催化反應(yīng)器1中溫度為65～70℃；打開氣體導(dǎo)出閥16，待催化劑反應(yīng)器1中的壓力恒定不變且冷凝器6中的液體不變時，關(guān)閉恒溫水浴的蠕動泵3，停止反應(yīng)，則在冷凝器6中得到產(chǎn)物液體甲醇。

上面對本發(fā)明的實(shí)施方式做了詳細(xì)說明。但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在所屬技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。