轉(zhuǎn)化為合成燃料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及溫室氣體(?的處理、轉(zhuǎn)化和再利用領(lǐng)域，具體設(shè)及一種室溫下CO2轉(zhuǎn) 化為合成燃料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化碳是碳基化合物氧化的最終產(chǎn)物，同時也是生物體中碳的重要來源之一。 工業(yè)革命W后，隨著人類對化石能源的大量消耗，大氣中0)2的濃度比起工業(yè)革命之前明顯 提高。作為溫室氣體之一，C〇2在大氣中含量的上升會導(dǎo)致大氣熱量福射減慢，進(jìn)而導(dǎo)致全 球氣溫的上升，即所謂的"溫室效應(yīng)"。
[0003] 溫室效應(yīng)顯著加速了兩極積冰的融化，使海平面迅速升高，人口密集的低海拔地 區(qū)因此受到嚴(yán)重威脅。如果全球變暖的趨勢不加W控制，在某些地區(qū)會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。 因此控制C〇2的排放量是人類面臨的迫切任務(wù)。
[0004] 為了減少c〇2含量升高給全球生態(tài)環(huán)境帶來的嚴(yán)重影響，目前人類采取多種措施 來降低C〇2的排放量，主要的思路有W下兩類：第一類是降低CO2的排放量，主要的措施是 采取各種技術(shù)手段提高化石能源的利用效率，或者使用綠色清潔能源代替化石燃料；第二 類是膽存或者再利用排放的C〇2,即C〇2捕獲和封存技術(shù)（CC巧和CO2捕獲和再利用技術(shù) (CCU)，把c〇2作為豐富、廉價和無毒的碳源，使之轉(zhuǎn)化為人類可W利用的各種化合物，是一 條變廢為寶，行之有效的減排途徑，目前得到了人們的廣泛關(guān)注。
[0005] 目前，C〇2轉(zhuǎn)化再利用的方法可W概括為W下幾種：（1)化學(xué)轉(zhuǎn)化法，即經(jīng)過各種化 學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲燒、尿素等重要化工原料；（2)光化學(xué)催化還原法，即模仿生物體內(nèi)的過程 還原C02;(3)化學(xué)和電化學(xué)還原，主要還原為簇酸類和CO;(4)利用生物轉(zhuǎn)化方法轉(zhuǎn)化為醇 類和糖類；（5)與甲燒反應(yīng)成為C0、&等合成燃料；(6)轉(zhuǎn)化為碳酸鹽等無機(jī)物。
[0006] 但是，現(xiàn)有的C〇2的轉(zhuǎn)化方法不同程度地面臨著反應(yīng)溫度高，CO2轉(zhuǎn)化效率低，操作 過程可控性差，操作復(fù)雜等問題。因此迫切需要開發(fā)一種更加簡單、便捷、高效、環(huán)境友好、 可控性好的C〇2轉(zhuǎn)化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種操作簡單，轉(zhuǎn)化率高，可控性強(qiáng)，低能耗的c〇2氣體轉(zhuǎn)化方法；該 方法制備得到的合成燃料主要成分為CH4、&和CO,混合氣體的各成分熱值高，均在工業(yè)生 產(chǎn)中有重要的作用，并且燃燒產(chǎn)生的二氧化碳可W再次轉(zhuǎn)化，循環(huán)利用。
[0008] 一種室溫下c〇2轉(zhuǎn)化為合成燃料的方法，包括W下步驟：室溫下，將金屬氨化物、金 屬侶氨化物、金屬棚氨化物中的至少一種與C〇2球磨，獲得含邸4、&和CO的合成燃料氣體。
[0009] 將金屬氨化物、金屬侶氨化物、金屬棚氨化物中的至少一種與C〇2進(jìn)行球磨，球磨 的過程中會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可得到含CH4、H2和CO等合成燃料氣體。根據(jù)球磨原料的不 同，最終產(chǎn)生的合成燃料氣體的種類存在一些差別，如：A1&與CO2球磨得到的是合成燃料 氣體有C0、&、邸4和C化。
[0010] 具體地，述的金屬氨化物為堿金屬氨化物、堿±金屬氨化物、第=主族金屬氨化物 中的至少一種。
[0011] 所述的金屬侶氨化物為堿金屬侶氨化物、堿±金屬侶氨化物中的至少一種。
[0012] 所述的金屬棚氨化物為堿金屬棚氨化物、堿±金屬棚氨化物、過渡金屬棚氨化物 中的至少一種。
[0013] 作為優(yōu)選，所述C〇2氣體的壓力為0. 1~lOOatm。CO2氣體的壓力太低，易造成轉(zhuǎn) 換速率慢，轉(zhuǎn)換效率低；C〇2氣體的壓力太大，對反應(yīng)器的氣密性要求高，存在安全隱患。
[0014] 本發(fā)明中只要能提供機(jī)械化學(xué)力的球磨方式均可，優(yōu)選地，所述球磨包括行星式 球磨、邸式球磨和振動式球磨。
[0015] 作為優(yōu)選，所述球磨為行星式球磨或邸式球磨時，球磨條件為：球料比為1~ 150:1，球磨轉(zhuǎn)速為100~600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為0. 1~70小時。
[0016] 作為優(yōu)選，所述球磨為振動式球磨時，球磨條件為：球料比為1~150:1，振動頻率 為800-1200周/分鐘，球磨時間為0. 1~70h。
[0017] 在上述球料比、球磨轉(zhuǎn)速及球磨時間內(nèi)，可W保證球磨的效率，充分發(fā)揮球沖擊的 作用，促進(jìn)氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，得到組分比例不同的合成燃料。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0019] 1)本發(fā)明方法過程簡單，易于操作，可控性強(qiáng)，能耗低且環(huán)境友好；
[0020] 2)本發(fā)明二氧化碳的轉(zhuǎn)化效率高，并將其轉(zhuǎn)換為可W廣泛應(yīng)用的合成燃料；
[0021] 3)所得合成燃料無需后續(xù)處理，可直接做相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用；
[0022] 4)所得合成燃料經(jīng)后續(xù)處理，可進(jìn)一步合成液體燃料。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明實施例1中LiH和C〇2球磨制備合成燃料的質(zhì)譜圖。
[0024]圖2為本發(fā)明實施例2中NaBH4和CO2球磨制備合成燃料的質(zhì)譜圖。 陽02引圖3為本發(fā)明實施例3中MgHz和CO2球磨制備合成燃料的質(zhì)譜圖。
[0026]圖4為本發(fā)明實施例4中LiAlH4和CO2球磨制備合成燃料的質(zhì)譜圖。
[0027] 圖5為本發(fā)明實施例5中NaA化和CO2球磨制備合成燃料的質(zhì)譜圖。
【具體實施方式】 陽0測 實施例1
[0029] 在氣氣氣氛的手套箱中，稱取1.5gLiH,裝入帶閥口的不誘鋼球磨罐中，磨球為不 誘鋼球，球料比為60:1。將裝有LiH的球磨罐抽真空后充入IOatm的二氧化碳。然后將球 磨罐放在行星式球磨機(jī)上，W400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨24小時，C〇2氣體基本轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣扇?料。
[0030]圖1為不同球磨時間后制備得到合成燃料氣體的質(zhì)譜檢測結(jié)果。結(jié)果顯示，球磨 化和2地后氣體質(zhì)譜信號中，質(zhì)荷比為1、2、14、15、16、28的位置存在峰位，質(zhì)荷比1和2附 近的峰位表明該方法成功合成了 &，質(zhì)荷比14、15和16附近的峰位表明該方法成功合成了 OV質(zhì)荷比28附近的峰位表明該方法成功合成了C0。 陽0川實施例2
[0032] 在氮?dú)鈿夥盏氖痔紫渲?，稱取IgNaBH4,裝入帶閥口的不誘鋼球磨罐中，磨球為不 誘鋼球，球料比為90:1。將裝有NaBH4的球磨罐抽真空后充入5atm的二氧化碳。然后將球 磨罐放在行星式球磨機(jī)上，W450周/分鐘的頻率球磨12小時，C〇2氣體基本轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣扇?料。
[0033] 圖2為制備得到合成燃料氣體的質(zhì)譜檢測結(jié)果，結(jié)果顯示質(zhì)荷比為1、2、15、16、 28、29的位置存在峰位，質(zhì)荷比1和2附近的峰位表明該方法成功合成了 &，質(zhì)荷比15和 16附近的峰位表明該方法成功合成了CH4,質(zhì)荷比28和29附近的峰位表明該方法成功合 成了C0。
[0034] 實施例3
[0035] 在氣氣氣氛的手套箱中，稱取1.5gMgHz,裝入帶閥口的不誘鋼球磨罐中，磨球為 不誘鋼球，球料比為60:1。將裝有MgHz的球磨罐抽真空，然后充入IOatm的二氧化碳。然 后將球磨罐放在振動式球磨機(jī)上，W600周/分鐘的頻率球磨6小時，C〇2氣體部分轉(zhuǎn)變?yōu)?混合合成燃料。
[0036] 圖3為制備得到合成燃料氣體的質(zhì)譜檢測結(jié)果，結(jié)果顯示質(zhì)荷比為1、2、14、16、28 和29的位置存在峰位，質(zhì)荷比1和2附近的峰位表明該方法成功合成了 &，質(zhì)荷比14和16 附近的峰位表明該方法成功合成了CH4,質(zhì)荷比28和29附近的峰位表明該方法成功合成了 C0。另外，質(zhì)荷比44附近的峰位表明該實施例中還存在C〇2殘留。
[0037] 實施例4
[0038] 在氣氣氣氛的手套箱中，稱取IgLiAlH4,裝入帶閥口的不誘鋼球磨罐中，磨球為 不誘鋼球，球料比為90:1。將裝有LiAlH4的球磨罐抽真空，然后充入4atm的二氧化碳。然 后將球磨罐放在邸式球磨機(jī)上，W500周/分鐘的頻率球磨15小時，C〇2氣體基本轉(zhuǎn)變?yōu)楹?成燃料。
[0039] 圖4為制備得到合成燃料氣體的質(zhì)譜檢測結(jié)果，結(jié)果顯示質(zhì)荷比為1、2、15、16和 28的位置存在峰位，質(zhì)荷比1和2附近的峰位表明該方法成功合成了 &，質(zhì)荷比15和16附 近的峰位表明該方法成功合成了CH4,質(zhì)荷比28附近的峰位表明該方法成功合成了C0。另 夕F，質(zhì)荷比44附近的峰位表明該實施例中還存在C〇2殘留。 W40] 實施例5
[0041] 在氮?dú)鈿夥盏氖痔紫渲校Q取IgNaAlH4,裝入帶閥口的不誘鋼球磨罐中，磨球為 不誘鋼球，球料比為100 :1。將裝有NaAlH4的球磨罐抽真空，然后充入12atm的二氧化碳。 然后將球磨罐放在行星式球磨機(jī)上，W420周/分鐘的頻率球磨12小時，C〇2氣體基本轉(zhuǎn)變 為合成燃料。
[0042] 圖5為制備得到合成燃料氣體的質(zhì)譜檢測結(jié)果，結(jié)果顯示質(zhì)荷比為1、2、14、15、 16、28的位置存在峰位，1和2附近的峰位表明該方法成功合成了 &，14、15和16附近的峰 位表明該方法成功合成了CH4, 28附近的峰位表明該方法成功合成了C0。另外，質(zhì)荷比44 附近的峰位表明該實施例中還存在C〇2殘留。
[0043] 實施例6~13
[0044] 與實施例1的方法相同，僅對金屬氨化物、金屬侶氨化物或金屬棚氨化物的種類 和二氧化碳?xì)夥諌毫ψ鱿鄳?yīng)改變。表1列出了不同氨化物的種類和二氧化碳壓力下制備得 到的混合氣體成分。
[0045] 表I不同氨化物的種類和二氧化碳壓力下制備得到的混合氣體成分。
[0048] 由表1中數(shù)據(jù)可W看到，利用本發(fā)明方法可W在室溫下通過各類金屬氨化物、金 屬侶氨化物或金屬棚氨化物與C〇2之間的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)將CO2轉(zhuǎn)化為合成燃料。
【主權(quán)項】
1. 一種室溫下CO2轉(zhuǎn)化為合成燃料的方法，其特征在于，包括以下步驟：室溫下，金屬 氫化物、金屬鋁氫化物、金屬硼氫化物中的至少一種與C02球磨，獲得含CH4、HjPC0的合成 燃料氣體。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金屬氫化物為堿金屬氫化物、堿土金 屬氫化物、第三主族金屬氫化物中的至少一種。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金屬鋁氫化物為堿金屬鋁氫化物、堿 土金屬鋁氫化物中的至少一種。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金屬硼氫化物為堿金屬硼氫化物、堿 土金屬硼氫化物、過渡金屬硼氫化物中的至少一種。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述C0 2氣體的壓力為0. 1~lOOatm。6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的球磨包括行星式球磨、臥式球磨和振 動式球磨。7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述球磨為行星式球磨或臥式球磨時，球磨 條件為：球料比為1~150:1，球磨轉(zhuǎn)速為100~600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為0. 1~70小時。8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述球磨為振動式球磨時，球磨條件為：球 料比為1~150:1，振動頻率為800-1200周/分鐘，球磨時間為0. 1~70h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種室溫下CO2轉(zhuǎn)化為合成燃料的方法，包括以下步驟：室溫下，金屬氫化物、金屬鋁氫化物、金屬硼氫化物中的至少一種與CO2球磨，獲得含CH4、H2和CO的合成燃料氣體。該方法中CO2轉(zhuǎn)化效率高，室溫下即可實現(xiàn)，反應(yīng)過程可控性強(qiáng)，易于操作，利于規(guī)?；a(chǎn)，且制備得到的合成燃料的燃燒產(chǎn)物為二氧化碳和水，可再次循環(huán)使用，對環(huán)境友好；合成燃料也可進(jìn)一步反應(yīng)，生成液體燃料。
【IPC分類】C10L3/00
【公開號】CN105296031
【申請?zhí)枴緾N201510683972
【發(fā)明人】劉永鋒, 蒲凱超, 楊亞雄, 潘洪革, 高明霞
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月20日