一種光催化還原二氧化碳的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于二氧化碳綜合利用領(lǐng)域，具體為一種光催化還原二氧化碳的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源和環(huán)境問題是人類生存面臨的兩大主要問題，隨著大氣中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，因此，如何減少0)2的排放，從根源上將其控制與利用，已成為全球矚目的問題。人們在不斷探索OV咸排技術(shù)的過程中發(fā)現(xiàn)光催化技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和，環(huán)保無污染，能耗小等優(yōu)點，因而備受科學(xué)家們的關(guān)注。
[0003]光催化還原CO2的關(guān)鍵點在于制備出高效的光催化劑。研究表明，T1 2不僅具有很高的光催化活性(吸收紫外線性能強。光生電子的還原性和空穴的氧化性強)，而且具有廉價、無毒、廣譜適用性、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定(耐酸堿和光化學(xué)腐蝕)等優(yōu)點，被認為是一種性能優(yōu)良的光催化劑。但是1102僅能吸收4%的紫外輻射(波長= 387.5nm)，不能充分利用太陽能；此外，光生電子和空穴復(fù)合幾率很高，導(dǎo)致T12的光生載流子利用效率低。由于存在這兩個缺陷，在一定程度上制約了 T12光催化技術(shù)的實際應(yīng)用。因此提高1102光催化性能要從擴展T12光譜響應(yīng)范圍和降低光生電子一空穴對復(fù)合率兩方面進行。研究較多的改性方法有，稀土離子摻雜(Thin Solid Films, 2004，460 (1-2):83-86)，貴金屬表面沉積(J Mol Catal A, 2003，198 (1-2): 303)，半導(dǎo)體復(fù)合(The Journal of Physical ChemistryB, 2000，104 (19): 4585-4587)，表面光敏化(Environ Sci Technol, 2001，35 (5): 966-970)等。其中離子摻雜改性因具有方法簡單效果好等優(yōu)點而得到重點研究。資料顯示，稀土元素Y具有未充滿的4f電子，可以吸收或發(fā)射從紫外、可見光到紅外光區(qū)不同波長的光，且每種光區(qū)發(fā)射的范圍小。將其摻雜到催化劑中能提高催化劑載體的機械強度，催化劑活性，提高催化劑的使用壽命，增加催化劑的熱穩(wěn)定性，節(jié)約貴金屬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于彌補1102對可見光無吸收以及由于光激發(fā)產(chǎn)生的光生電子和空穴容易復(fù)合致使光催化效率低的缺陷，提供一種光催化還原二氧化碳的方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0006]—種光催化還原二氧化碳的方法，以0)2為原料，以Y摻雜T1 2為光催化劑，在光照條件下進行CO2還原，得到產(chǎn)物甲酸。操作步驟如下:
[0007]1.Y摻雜1102光催化劑的制備:
[0008]用5mL無水乙醇、1mL冰醋酸、5mL去離子水，按Ti摩爾量的0.1%?8%加入硝酸釔，制成硝酸釔溶液，在攪拌狀態(tài)下，將40mL體積濃度為45%鈦酸四丁酯乙醇溶液緩慢滴入硝酸釔溶液中，形成溶膠，滴完后靜置3h，形成凝膠。將凝膠在100°C干燥12h，取出冷卻、研磨后，放入馬弗爐以300?800°C煅燒3h，即得Y摻雜T12光催化劑。
[0009]2.光催化還原二氧化碳:
[0010]在內(nèi)照式光催化反應(yīng)器中，加入200mL 0.25mol/L Na2CO3S 0.08mol/L Na2SOyK溶液為反應(yīng)液，按0.5?10g/L的用量加入Y摻雜T12光催化劑，以50?500mL/min流速通入二氧化碳，以500W汞燈或氙燈為光源，常溫下進行光催化二氧化碳還原反應(yīng)I?6h，得到二氧化碳還原產(chǎn)物為甲酸。
[0011]上述步驟(I)中Y的摩爾量優(yōu)選為Ti的摩爾量的0.5%。
[0012]上述步驟(I)中的焙燒溫度優(yōu)選為400°C。
[0013]上述步驟(2)中的Y摻雜1102光催化劑的用量優(yōu)選為2.0g/L。
[0014]上述步驟(2)中的二氧化碳的流速優(yōu)選為100mL/min。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0016]1.本發(fā)明采用溶膠凝膠法制備Y摻雜T12光催化劑，由于Y離子半徑0.089nm與Ti離子半徑0.068nm相近，使Y離子更容易進入T12晶格。減少光生電子和空穴對的復(fù)合率，提高了打02的光催化效率。
[0017]2.Y摻雜T12光催化劑，Y摻雜T1 2產(chǎn)生的雜質(zhì)能級有利于UV-ViS光譜吸收帶邊紅移和對可見光的吸收。
[0018]3.本發(fā)明工藝簡單，操作簡便，過程環(huán)保。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，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施例。
[0020]實施例1
[0021]光催化還原二氧化碳的方法，操作步驟如下:
[0022]1.Y摻雜1102光催化劑的制備:配置40mL體積濃度為45%鈦酸四丁酯乙醇溶液，然后用5mL無水乙醇、1mL冰醋酸、5mL去離子水，按Ti摩爾量的0.1 %加入硝酸釔，制成硝酸釔溶液，在攪拌狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯乙醇溶液緩慢滴入硝酸釔溶液中，形成溶膠，滴完后靜置3h，形成凝膠。將凝膠在100°C干燥12h，取出冷卻、研磨后，放入馬弗爐以300°C煅燒3h，即得0.1 % Y摻雜T12光催化劑。
[0023]2.光催化還原二氧化碳的過程:在內(nèi)照式光催化反應(yīng)器中，加入200mL0.25mol/LNa2CO3水溶液為反應(yīng)液，按0.5g/L的用量加入0.1 % Y摻雜T1 2光催化劑，以50mL/min流速通入二氧化碳，以500W汞燈為光源，常溫下進行光催化二氧化碳還原反應(yīng)lh，得到二氧化碳還原產(chǎn)物甲酸的含量為263.25 ymol/(g.h)。
[0024]實施例2
[0025]光催化還原二氧化碳的方法，操作步驟如下:
[0026]1.Y摻雜1102光催化劑的制備:配置40mL體積濃度為45%鈦酸四丁酯乙醇溶液，然后用5mL無水乙醇、1mL冰醋酸、5mL去離子水，按Ti摩爾量的0.5%加入硝酸釔，制成硝酸釔溶液，在攪拌狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯乙醇溶液緩慢滴入硝酸釔溶液中，形成溶膠，滴完后靜置3h，形成凝膠。將凝膠在100°C干燥12h，取出冷卻、研磨后，放入馬弗爐以400°C煅燒3h，即得0.5% Y摻雜T12光催化劑。
[0027]2.光催化還原二氧化碳的過程:在內(nèi)照式光催化反應(yīng)器中，加入200mL0.08mol/LNa2SO3水溶液為反應(yīng)液，按2g/L的用量加入0.5% Y摻雜T1 2光催化劑，以100mL/min流速通入二氧化碳，以500W氙燈為光源，常溫下進行光催化二氧化碳還原反應(yīng)6h，得到二氧化碳還原產(chǎn)物甲酸的含量為729.4 ymol/(g.h)。
[0028]實施例3
[0029]光催化還原二氧化碳的方法，操作步驟如下:
[0030]1.Y摻雜1102光催化劑的制備:配置40mL體積濃度為45%鈦酸四丁酯乙醇溶液，然后再用5mL無水乙醇、1mL冰醋酸、5mL去離子水，然后再按Ti摩爾量的8%加入硝酸釔，制成硝酸釔溶液，在攪拌狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯乙醇溶液緩慢滴入硝酸釔溶液中，形成溶膠，滴完后靜置3h，形成凝膠。將凝膠在100°C干燥12h，取出冷卻、研磨后，放入馬弗爐以600°C煅燒3h，即得3% Y摻雜T12光催化劑。
[0031]2.光催化還原二氧化碳的過程:在內(nèi)照式光催化反應(yīng)器中，加入200mL0.25mol/LNa2CO3,按5g/L的用量加入3% Y-T12光催化劑，以400mL/min流速通入二氧化碳，以500W汞燈為光源，常溫下進行光催化二氧化碳還原反應(yīng)4h，得到二氧化碳還原產(chǎn)物甲酸含量為377.4 μ mol/ (g.h)。
[0032]實施例4
[0033]光催化還原二氧化碳的方法，操作步驟如下:
[0034]1.Y摻雜1102光催化劑的制備:配置40mL體積濃度為45%鈦酸四丁酯乙醇溶液，然后再用5mL無水乙醇、1mL冰醋酸、5mL去離子水，然后再按Ti摩爾量的8%加入硝酸釔，制成硝酸釔溶液，在攪拌狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯乙醇溶液緩慢滴入硝酸釔溶液中，形成溶膠，滴完后靜置3h，形成凝膠。將凝膠在100°C干燥12h，取出冷卻、研磨后，放入馬弗爐以800°C煅燒3h，即得8% Y摻雜T12光催化劑。
[0035]2.光催化還原二氧化碳的過程:在內(nèi)照式光催化反應(yīng)器中，加入200mL0.08mol/LNa2SO3水溶液為反應(yīng)液，按10g/L的用量加入8% Y摻雜T1 2光催化劑，以500mL/min流速通入二氧化碳，以500W氙燈為光源，常溫下進行光催化二氧化碳還原反應(yīng)5h，得到二氧化碳還原產(chǎn)物甲酸含量為497.5 μ mol/(g.h)。
【主權(quán)項】
1.一種光催化還原二氧化碳的方法，其特征在于:以CO 2為原料，以Y摻雜T1 2為光催化劑，在光照條件下進行CO2還原，得到產(chǎn)物甲酸，操作步驟如下: (1)Y摻雜打02光催化劑的制備: 用5mL無水乙醇、1mL冰醋酸、5mL去離子水，按Ti摩爾量的0.1 %?8%加入硝酸釔，制成硝酸釔溶液，在攪拌狀態(tài)下，將40mL體積濃度為45%鈦酸四丁酯乙醇溶液緩慢滴入硝酸釔溶液中，形成溶膠，滴完后靜置3h，形成凝膠，將凝膠在100°C干燥12h，取出冷卻、研磨后，放入馬弗爐以300?800°C煅燒3h，即得Y摻雜1102光催化劑； (2)光催化還原二氧化碳: 在內(nèi)照式光催化反應(yīng)器中，加入200mL 0.25mol/L Na2CO3或0.08mol/L Na #03水溶液為反應(yīng)液，按0.5?10g/L的用量加入Y摻雜T12光催化劑，以50?500mL/min流速通入二氧化碳，以500W汞燈或氙燈為光源，常溫下進行光催化二氧化碳還原反應(yīng)I?6h，得到二氧化碳還原產(chǎn)物為甲酸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化還原二氧化碳的方法，其特征在于所述步驟(I)中Y的摩爾量為Ti的摩爾量的0.5%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化還原二氧化碳的方法，其特征在于所述步驟(I)中的焙燒溫度為400 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化還原二氧化碳的方法，其特征在于所述步驟(2)中的Y摻雜T12光催化劑的用量為2.0g/L。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化還原二氧化碳的方法，其特征在于所述步驟(2)中的二氧化碳的流速為100mL/min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光催化還原二氧化碳的方法，該方法主要包括Y摻雜TiO2光催化劑的制備及光催化還原二氧化碳兩個過程。該方法使用的催化劑由溶膠-凝膠法制備，經(jīng)300～800℃焙燒的摻雜量為0.1％～8％的Y摻雜TiO2光催化劑。在光催化還原二氧化碳的過程中，在內(nèi)照式光催化反應(yīng)器中，加入200mL？Na2CO3或Na2SO3水溶液為反應(yīng)液，并加入Y摻雜的TiO2光催化劑，以500W汞燈或氙為光源，通入二氧化碳，常溫下進行光催化二氧化碳還原反應(yīng)1～6h，得到二氧化碳還原產(chǎn)物甲酸。本發(fā)明的優(yōu)點是：工藝簡單，操作便捷，過程綠色化，可對造成溫室效應(yīng)氣體二氧化碳轉(zhuǎn)換成有用的化工產(chǎn)品。
【IPC分類】B01D53/86, B01D53/62, B01J23/10, C07C1/02
【公開號】CN105126609
【申請?zhí)枴緾N201510506839
【發(fā)明人】秦祖贈, 吳彩瑩, 覃桂英, 龔俊杰, 王淺朱, 陳韋方, 田會, 蘇通明
【申請人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月18日