本發(fā)明屬于環(huán)境工程領(lǐng)域，具體涉及處理石化類燃燒排放物的減霾及生成碳?xì)淙剂霞状嫉姆椒ā?/p>

背景技術(shù)：

能源、環(huán)境、氣候是人類所面臨的三大問(wèn)題。目前所用能源的90％以上都來(lái)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(lái)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(guò)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(duì)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(wèn)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(guó)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(kāi)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(duì)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(kāi)采注入氣體等。CO₂氣體被地下封存并沒(méi)有將CO₂消耗或轉(zhuǎn)換掉，并且封存CO₂對(duì)地質(zhì)條件要求較高，封存過(guò)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(lái)各國(guó)逐漸采用太陽(yáng)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(duì)太陽(yáng)光的利用率太低(紫外光占太陽(yáng)光4％以下)，催化效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題做出改進(jìn)，即本發(fā)明公開(kāi)了處理石化類燃燒排放物的減霾及生成碳?xì)淙剂霞状嫉姆椒?。甲醇是燃值最高的含碳?xì)溲醯娜剂稀?/p>

技術(shù)方案：處理石化類燃燒排放物的減霾及生成碳?xì)淙剂霞状嫉姆椒?，包括以下步驟：

(1)預(yù)處理

將石化類燃料燃燒產(chǎn)物通過(guò)管道依次經(jīng)過(guò)兩個(gè)盛有CaCO₃粉體與水的混合物的密封玻璃容器腔體，得到提純的CO₂氣體；

(2)將步驟(1)得到的CO₂氣體通過(guò)管道送入盛有SrTi_1-xFe_xO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)粉體的飽和NaOH水溶液的光催化反應(yīng)器中，光催化反應(yīng)器置于水循環(huán)恒溫浴中，控制光催化反應(yīng)器中的氣壓在1～1.5atm，通過(guò)pH酸度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光催化劑反應(yīng)器中溶液的pH值，待光催化劑反應(yīng)器中溶液的pH值為8.3～8.4時(shí)，停止向光催化劑反應(yīng)器輸送CO₂氣體，其中：

光催化反應(yīng)器為透明的玻璃光催化反應(yīng)器；

(3)光催化反應(yīng)器置于室內(nèi)打開(kāi)日光燈照射或置于室外通過(guò)太陽(yáng)光照射或置于室外打開(kāi)位于光催化反應(yīng)器垂直上方的太陽(yáng)能聚光器，讓光催化劑反應(yīng)器中溶液進(jìn)行反應(yīng)，在光催化反應(yīng)過(guò)程中，水循環(huán)恒溫浴溫度處于室溫，水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，控制光催化劑反應(yīng)器中的氣壓在1～1.5atm，待光催化劑反應(yīng)器中的溶液pH值為11～14，關(guān)閉日光燈或太陽(yáng)能聚光器；

(4)打開(kāi)光催化反應(yīng)器所置于的水循環(huán)恒溫浴的水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)，溫度通過(guò)水循環(huán)水溫調(diào)節(jié)溫度，并將光催化劑反應(yīng)器的頂部與冷凝器通過(guò)冷凝管相連，待催化劑反應(yīng)器中的壓力恒定不變且冷凝器中的液體不變時(shí)，水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)，停止反應(yīng)，則在冷凝器中得到產(chǎn)物液體甲醇，其中：

水循環(huán)恒溫浴中的水溫維持65～70℃循環(huán)。

進(jìn)一步地，步驟(1)中CaCO₃粉體與水的質(zhì)量比為(2～3)：10。

進(jìn)一步地，步驟(2)中SrTi_1-xFe_xO_3-δ粉體的濃度為0.5～2g/L。

有益效果：本發(fā)明公開(kāi)的處理石化類燃燒排放物的減霾及生成碳?xì)淙剂霞状嫉姆椒ň哂幸韵掠幸嫘Ч?/p>

不僅降低了霧霾的影響，更重要的是利用太陽(yáng)光光催化半導(dǎo)體材料低成本、低功耗將排放氣中占主要成分的CO₂還原為碳?xì)淙剂希@不僅可以減少空氣中CO₂排放量，降低溫室效應(yīng)的影響，而且產(chǎn)物碳?xì)淙剂峡梢宰鳛槎文茉慈藗儽辉俅卫谩?/p>

附圖說(shuō)明

圖1為石化類燃燒排放物脫硫氧化物、氮氧化物裝置示意圖；

圖2為SrTi_1-xFe_xO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)系列材料不同樣品對(duì)不同波長(zhǎng)光的相對(duì)吸收強(qiáng)度的示意圖；

圖3為SrTi_1-xFe_XO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)光催化效果對(duì)比示意圖；

圖4為甲醇產(chǎn)量隨光催化劑濃度的變化示意圖；

圖5為甲醇產(chǎn)量隨反應(yīng)時(shí)間的變化示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式詳細(xì)說(shuō)明。

具體實(shí)施例1

處理石化類燃燒排放物的減霾及生成碳?xì)淙剂霞状嫉姆椒ǎㄒ韵虏襟E：

(1)預(yù)處理

將石化類燃料燃燒產(chǎn)物通過(guò)管道依次經(jīng)過(guò)兩個(gè)盛有CaCO₃粉體與水的混合物的密封玻璃容器腔體(如圖1所示)，得到提純的CO₂氣體，其中：

基本機(jī)理如下：

SO₂+CaCO₃＝CaSO₃↓+CO₂↑ (式-1)

NO₂+NO+CaCO₃＝Ca(NO₂)₂+CO₂↑ (式-2)

2CaCO₃+4NO₂＝Ca(NO₂)₂+Ca(NO₃)₂+2CO₂↑ (式-3)

(2)將步驟(1)得到的CO₂氣體通過(guò)管道送入盛有SrTi_1-xFe_xO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)粉體的飽和NaOH水溶液的光催化反應(yīng)器中，光催化反應(yīng)器置于水循環(huán)恒溫浴中，控制光催化反應(yīng)器中的氣壓在1atm，通過(guò)pH酸度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光催化劑反應(yīng)器中溶液的pH值，待光催化劑反應(yīng)器中溶液的pH值為8.3時(shí)，停止向光催化劑反應(yīng)器輸送CO₂氣體，其中：

光催化反應(yīng)器為透明的玻璃光催化反應(yīng)器；

基本機(jī)理如下：

CO₂↑+2NaOH＝Na₂CO₃+H₂O (式-4)

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O＝2NaHCO₃ (式-5)

總反應(yīng)方程式：

2CO₂↑+2NaOH＝2NaHCO₃ (式-6)

(3)打開(kāi)處于室內(nèi)位于光催化反應(yīng)器垂直上方的40W日光燈(照度120lm)，讓光催化劑反應(yīng)器中溶液進(jìn)行反應(yīng)，在光催化反應(yīng)過(guò)程中，水循環(huán)恒溫浴溫度處于室溫，水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，控制光催化劑反應(yīng)器中的氣壓在1atm，待光催化劑反應(yīng)器中的溶液pH值為11，關(guān)閉日光燈；

基本機(jī)理如下：

(4)打開(kāi)光催化反應(yīng)器所置于的水循環(huán)恒溫浴的水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)，溫度通過(guò)水循環(huán)水溫調(diào)節(jié)溫度，并將光催化劑反應(yīng)器的頂部與冷凝器通過(guò)冷凝管相連，待催化劑反應(yīng)器中的壓力恒定不變且冷凝器中的液體不變時(shí)，關(guān)閉水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)，停止反應(yīng)，則在冷凝器中得到產(chǎn)物液體甲醇，其中：

水循環(huán)恒溫浴中的水溫維持65℃循環(huán)。

進(jìn)一步地，步驟(1)中CaCO₃粉體與水的質(zhì)量比為2：10。

進(jìn)一步地，步驟(2)中SrTi_1-xFe_xO_3-δ粉體的濃度為1g/L.

如圖2所示，SrTi_1-xFe_xO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)系列材料的吸收光譜覆蓋大部分可見(jiàn)光(400-700nm)，因此該系列光催化材料可充分利用太陽(yáng)光中占43％的可見(jiàn)光部分用于光催化反應(yīng)，對(duì)太陽(yáng)光的利用率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的光催化材料TiO₂只可利用太陽(yáng)中占太陽(yáng)光4％的紫外光部分。

圖3為SrTi_1-xFe_xO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)光催化效果對(duì)比試驗(yàn)示意圖

1)在相同40W的日光燈光照下，對(duì)相同濃度的NaHCO₃溶液分別放入和不放入光催化材料SrTi_1-xFe_XO_3-δ，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明有NaHCO₃溶液有光催化材料及光照情況下有甲醇產(chǎn)生；而沒(méi)放光催化材料的NaHCO₃溶液在同樣光照情況下沒(méi)有甲醇產(chǎn)生。

2)分別對(duì)具有相同量光催化材料SrTi_1-xFe_3-δ的相同濃度的NaHCO₃溶液進(jìn)行光照和不光照對(duì)比試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明有光照的有甲醇產(chǎn)生；而沒(méi)光照的無(wú)甲醇產(chǎn)生。

因此，HCO₃^-在光催化劑SrTi_1-xFe_XO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)及光照情況下，產(chǎn)生甲醇。

圖4表示所加光催化劑濃度為對(duì)所產(chǎn)甲醇量的影響，光催化劑濃度為1g/L,時(shí)，甲醇產(chǎn)量最多。

圖5為HCO₃^-在光催化劑SrTi_1-xFe_XO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)在40W的日光燈照射下，甲醇產(chǎn)量在半小時(shí)最多，過(guò)后減少，是由于轉(zhuǎn)為其它碳?xì)淙剂?，因?yàn)榧状嫉娜贾翟谔細(xì)溲跤袡C(jī)燃料中最高，因此光催化HCO₃^-轉(zhuǎn)甲醇為最優(yōu)選擇。

具體實(shí)施例2

處理石化類燃燒排放物的減霾及生成碳?xì)淙剂霞状嫉姆椒?，包括以下步驟：

(1)預(yù)處理

將石化類燃料燃燒產(chǎn)物通過(guò)管道依次經(jīng)過(guò)兩個(gè)盛有CaCO₃粉體與水的混合物的密封玻璃容器腔體，得到提純的CO₂氣體；

(2)將步驟(1)得到的CO₂氣體通過(guò)管道送入盛有SrTi_1-xFe_xO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)粉體的飽和NaOH水溶液的光催化反應(yīng)器中，光催化反應(yīng)器置于水循環(huán)恒溫浴中，控制光催化反應(yīng)器中的氣壓在1.5atm，通過(guò)pH酸度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光催化劑反應(yīng)器中溶液的pH值，待光催化劑反應(yīng)器中溶液的pH值為8.4時(shí)，停止向光催化劑反應(yīng)器輸送CO₂氣體，其中：

光催化反應(yīng)器為透明的玻璃光催化反應(yīng)器；

(3)將光催化反應(yīng)器置于室外通過(guò)太陽(yáng)光照射(照度為10⁵lm)，讓光催化劑反應(yīng)器中溶液進(jìn)行反應(yīng)，在光催化反應(yīng)過(guò)程中，水循環(huán)恒溫浴溫度處于室溫，水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，控制光催化劑反應(yīng)器中的氣壓在1.5atm，待光催化劑反應(yīng)器中的溶液pH值為14，進(jìn)入步驟(4)；

(4)打開(kāi)光催化反應(yīng)器所置于的水循環(huán)恒溫浴的水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)，溫度通過(guò)水循環(huán)水溫調(diào)節(jié)溫度，并將光催化劑反應(yīng)器的頂部與冷凝器通過(guò)冷凝管相連，待催化劑反應(yīng)器中的壓力恒定不變且冷凝器中的液體不變時(shí)，關(guān)閉水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)，停止反應(yīng)，則在冷凝器中得到產(chǎn)物液體甲醇，其中：

水循環(huán)恒溫浴中的水溫維持70℃循環(huán)。

進(jìn)一步地，步驟(1)中CaCO₃粉體與水的質(zhì)量比為3：10。

進(jìn)一步地，步驟(2)中SrTi_1-xFe_xO_3-δ粉體的濃度為2g/L。

具體實(shí)施例3

處理石化類燃燒排放物的減霾及生成碳?xì)淙剂霞状嫉姆椒?，包括以下步驟：

(1)預(yù)處理

將石化類燃料燃燒產(chǎn)物通過(guò)管道依次經(jīng)過(guò)兩個(gè)盛有CaCO₃粉體與水的混合物的密封玻璃容器腔體，得到提純的CO₂氣體；

(2)將步驟(1)得到的CO₂氣體通過(guò)管道送入盛有SrTi_1-xFe_xO_3-δ(0≤x≤1,0<δ<1)粉體的飽和NaOH水溶液的光催化反應(yīng)器中，光催化反應(yīng)器置于水循環(huán)恒溫浴中，控制光催化反應(yīng)器中的氣壓在1.2atm，通過(guò)pH酸度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光催化劑反應(yīng)器中溶液的pH值，待光催化劑反應(yīng)器中溶液的pH值為8.4時(shí)，停止向光催化劑反應(yīng)器輸送CO₂氣體，其中：

光催化反應(yīng)器為透明的玻璃光催化反應(yīng)器；

(3)打開(kāi)位于室外的光催化反應(yīng)器垂直上方的太陽(yáng)能聚光器，讓光催化劑反應(yīng)器中溶液進(jìn)行反應(yīng)，在光催化反應(yīng)過(guò)程中，水循環(huán)恒溫浴溫度處于室溫，水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，控制光催化劑反應(yīng)器中的氣壓在1.25atm，待光催化劑反應(yīng)器中的溶液pH值為12，關(guān)閉太陽(yáng)能聚光器；

(4)打開(kāi)光催化反應(yīng)器所置于的水循環(huán)恒溫浴的水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)，溫度通過(guò)水循環(huán)水溫調(diào)節(jié)溫度，并將光催化劑反應(yīng)器的頂部與冷凝器通過(guò)冷凝管相連，待催化劑反應(yīng)器中的壓力恒定不變且冷凝器中的液體不變時(shí)，關(guān)閉水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)，停止反應(yīng)，則在冷凝器中得到產(chǎn)物液體甲醇，其中：

水循環(huán)恒溫浴中的水溫維持67℃循環(huán)。

進(jìn)一步地，步驟(1)中CaCO₃粉體與水的質(zhì)量比為2.5：10。

進(jìn)一步地，步驟(2)中SrTi_1-xFe_xO_3-δ粉體的濃度為0.5g/L。

進(jìn)一步地，步驟(3)中太陽(yáng)能聚光器將太陽(yáng)光照度提高了八倍，達(dá)到8x10⁵lm。

上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做了詳細(xì)說(shuō)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(shí)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。