本發(fā)明屬于二氧化碳綜合利用領(lǐng)域，具體為液相等離子體催化二氧化碳轉(zhuǎn)化的方法。
技術(shù)背景
隨著工業(yè)社會的發(fā)展，礦物燃料的燃燒、森林的砍伐及其它天然與人為活動大氣中的CO2濃度的不斷升高，全球氣溫變暖，導(dǎo)致災(zāi)害性天氣逐年增加。為減少CO2的排放，從根源上將其控制與利用，二氧化碳的轉(zhuǎn)化是最佳的選擇?，F(xiàn)如今CO2轉(zhuǎn)化方法很多，如光催化還原法、電化學(xué)還原法、光電化學(xué)還原法、生物還原法等，但仍面臨轉(zhuǎn)化率低的問題。等離子體作為一種新技術(shù)應(yīng)用于CO2轉(zhuǎn)化，能有效針對所面臨轉(zhuǎn)化率低的問題。
等離子體催化活化CO2還原技術(shù)就是CO2在高壓交流電條件下與高能電子發(fā)生電離、解離，產(chǎn)生大量高活性中間產(chǎn)物，同時(shí)在等離子作用下催化劑得到活化，被活化的催化劑降低反應(yīng)物及被等離子體活化后生成的反應(yīng)性中間物種的表觀活化能，進(jìn)行定向復(fù)合生成產(chǎn)物，如甲烷、乙炔等。相對于其他CO2處理技術(shù)，等離子體催化活化CO2轉(zhuǎn)化技術(shù)明具有工藝簡單，轉(zhuǎn)化率高，過程綠色化等優(yōu)點(diǎn)。強(qiáng)大的活化性能及高轉(zhuǎn)化率近來受到學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注，逐漸成為研究的熱點(diǎn)，同時(shí)產(chǎn)物的多樣性也使得等離子轉(zhuǎn)化技術(shù)倍受青睞。如Finlayson和Geoffrey在室溫下通過交流電場產(chǎn)生的無聲放電作用CO2/CH4能夠很容易地制得醛類有機(jī)化合物；產(chǎn)物中包括甲醛和乙醛(US Patent，1935，NO.1，968，885)。Ihara等人在石英管中用等離子體作用CO2-H2O反應(yīng)，甲醇濃度接近0.01％(Bull.Chem.Soc.Jpn.，1994，67(1)：312-314；Bull.Chem.Soc.Jpn.1996，69(1)：241-244)。Seizo等人利用直流輝光等離子體研究了純CO2和CO2-H2體系的轉(zhuǎn)化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示純CO2能夠以較高的效率轉(zhuǎn)化為CO，CO2+H2混合物被轉(zhuǎn)化為較高產(chǎn)率的CH4、CH3OH等類燃物種(Microsc.Thermophys.Eng.，1997，1(3)：245-251)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是在液相通過高壓電活化CO2，并在Y、Bi一種或兩種元素?fù)诫sTiO2催化劑的作用下，解決CO2難轉(zhuǎn)化的問題，提供一種轉(zhuǎn)化CO2的方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
一種二氧化碳轉(zhuǎn)化的方法，以CO2為原料，以Y、Bi一種或兩種元素?fù)诫s的TiO2為催化劑，通過液相等離子活化CO2并將其還原成CH4、CH3OH及HCOOH。操作步驟如下：
按0.5～10g/L的用量將Y、Bi一種或兩種元素?fù)诫s的TiO2催化劑轉(zhuǎn)入自組裝的等離子反應(yīng)器(如附圖1所示)中，同時(shí)加入100mL去離子水作為反應(yīng)液，等離子反應(yīng)器針-板電極間距在1～5cm間調(diào)整，以10～500mL/min氣體流速通入二氧化碳，在10～18kV電壓間分別反應(yīng)2～12min，得到二氧化碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。
在上述二氧化碳轉(zhuǎn)化的方法中，Bi的摩爾量優(yōu)選為Ti的摩爾量的1％，Y的摩爾量優(yōu)選為Ti的摩爾量的0.5％。
在上述二氧化碳轉(zhuǎn)化的方法中，Y、Bi共摻雜TiO2光催化劑的用量優(yōu)選為2.0g/L。
在上述二氧化碳轉(zhuǎn)化的方法中，二氧化碳的流速優(yōu)選為450mL/min。
在上述二氧化碳轉(zhuǎn)化的方法中，等離子體放電電壓優(yōu)選為16kV。
在上述二氧化碳轉(zhuǎn)化的方法中，等離子反應(yīng)器的針-板電極間距優(yōu)選為4.5cm。
在上述二氧化碳轉(zhuǎn)化的方法中，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為10min。
液相等離子體反應(yīng)裝置如圖1所示，其中1為高壓直流電源，2為二氧化碳流量計(jì)，3為針電極，4為液相等離子體反應(yīng)器，5為板電極。
本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.在液相中使用等離子體技術(shù)，活化CO2氣體與電離水同時(shí)進(jìn)行，提高了CO2轉(zhuǎn)化的效率。
2.本發(fā)明工藝簡單，操作簡便，過程環(huán)保。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但需要說明的是本發(fā)明的應(yīng)用范圍并不局限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1
按2g/L的用量將0.5％Y、1％Bi共摻雜的TiO2催化劑轉(zhuǎn)入自組裝的等離子反應(yīng)器中，同時(shí)加入100mL去離子水作為反應(yīng)液，等離子反應(yīng)器針-板電極間距調(diào)整為4.5cm，以450mL/min氣體流速通入二氧化碳，在16kV電壓間反應(yīng)10min，得到二氧化碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)物CH4為196.64μmol/g-cat，CH3OH為274.67μmol/g-cat，HCOOH為529.33μmol/g-cat。
實(shí)施例2
按0.5g/L的用量將1％Bi摻雜的TiO2催化劑轉(zhuǎn)入自組裝的等離子反應(yīng)器中，同時(shí)加入100mL去離子水作為反應(yīng)液，等離子反應(yīng)器針-板電極間距調(diào)整為3cm，以50mL/min氣體流速通入二氧化碳，在10kV電壓間反應(yīng)2min，得到二氧化碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)物CH4為40.18μmol/g-cat，CH3OH為84.57μmol/g-cat，HCOOH為131.33μmol/g-cat。
實(shí)施例3
按5g/L的用量將0.5％Y、0.2％Bi共摻雜的TiO2催化劑轉(zhuǎn)入自組裝的等離子反應(yīng)器中，同時(shí)加入100mL去離子水作為反應(yīng)液，等離子反應(yīng)器針-板電極間距調(diào)整為1cm，以300mL/min氣體流速通入二氧化碳，在14kV電壓間反應(yīng)12min，得到二氧化碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)物CH4為60.81μmol/g-cat，CH3OH為98.67μmol/g-cat，HCOOH為201.39μmol/g-cat。
實(shí)施例4
按1g/L的用量將1.2％Y摻雜的TiO2催化劑轉(zhuǎn)入自組裝的等離子反應(yīng)器中，同時(shí)加入100mL去離子水作為反應(yīng)液，等離子反應(yīng)器針-板電極間距調(diào)整為2cm，以100mL/min氣體流速通入二氧化碳，在18kV電壓間反應(yīng)6min，得到二氧化碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)物CH4為70.42μmol/g-cat，CH3OH為156.07μmol/g-cat，HCOOH為307.22μmol/g-cat。