本發(fā)明專利技術(shù)涉及能源與環(huán)境領(lǐng)域，公開了一種光纖式光催化反應(yīng)器和將CO2轉(zhuǎn)化成甲醇的方法。該反應(yīng)器包括光源(1)和反應(yīng)桶(2)，反應(yīng)桶上設(shè)置有物料進(jìn)口(21)和物料出口(22)，在反應(yīng)桶中沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有負(fù)載有稀土改性的二氧化鈦的光纖(3)，反應(yīng)桶的兩端均設(shè)置有密封板(5)，且至少一端的密封板上設(shè)置有石英玻璃片(6)，光源設(shè)置在設(shè)有石英玻璃片的反應(yīng)桶的至少一端的外部，用于將光束通過(guò)石英玻璃片射入反應(yīng)桶內(nèi)，其中，負(fù)載有稀土改性的二氧化鈦的光纖(3)包括光纖和包覆于光纖外表面的摻雜有稀土的二氧化鈦層。利用該反應(yīng)器將CO2轉(zhuǎn)化成甲醇，甲醇產(chǎn)率高、光利用率高、催化劑比表面積大且易回收。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及能源與環(huán)境領(lǐng)域，具體地，涉及一種光纖式光催化反應(yīng)器和將CO2轉(zhuǎn)化成甲醇的方法。
技術(shù)介紹
大量溫室氣體如CO2、CH4等的排放引起的溫室效應(yīng)已成為全球關(guān)注熱點(diǎn)。近年來(lái)，人類生產(chǎn)活動(dòng)引起的大氣中CO2濃度的增加已加速了溫室效應(yīng)對(duì)全球氣候的影響，如何有效地控制CO2排放已成為各國(guó)的當(dāng)務(wù)之急。由于煤炭是我國(guó)最主要的一次能源，我國(guó)CO2的排放主要來(lái)自于燃煤，這其中又以燃煤電廠為主，因此，找到一種有效控制電廠CO2排放的技術(shù)迫在眉睫。目前，燃煤CO2排放控制技術(shù)主要分為三大類：一類是燃后控制技術(shù)，包括化學(xué)方法、物理方法等；一類是燃前控制技術(shù)，主要是煤氣化技術(shù)；一類是富氧燃燒技術(shù)。各種CO2控制方法存在的問題有：能耗高、成本高、回收的CO2利用率低。利用光催化還原的方法將富氧燃燒煙氣中的高濃度CO2轉(zhuǎn)化為甲醇等燃料是一種頗具潛力的減排并同時(shí)利用CO2的有效辦法。它采用半導(dǎo)體材料(一般是銳鈦礦型的TiO2)作為催化劑，當(dāng)能量高于半導(dǎo)體禁帶寬度的光照射到催化劑表面時(shí)，就會(huì)激發(fā)半導(dǎo)體內(nèi)的電子從價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，形成具有很強(qiáng)活性的電子空穴對(duì)，使得CO2的還原反應(yīng)得以進(jìn)行。該方法能耗低、成本低、無(wú)污染，在降低CO2排放的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了CO2的資源化利用。其中，光催化反應(yīng)器對(duì)光催化還原CO2的效率及甲醇產(chǎn)率有重要影響，但是現(xiàn)有光反應(yīng)器，例如懸浮液反應(yīng)器、常規(guī)固定床反應(yīng)器存在催化劑光利用率低、比表面積小、難以回收等缺點(diǎn)，不利于光催化反應(yīng)的進(jìn)行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種光纖式光催化反應(yīng)器和一種將CO2轉(zhuǎn)化成甲醇的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本專利技術(shù)提供了一種光纖式光催化反應(yīng)器，該光纖式光催化反應(yīng)器包括光源和反應(yīng)桶，所述反應(yīng)桶上設(shè)置有物料進(jìn)口和物料出口，在反應(yīng)桶中沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有負(fù)載有稀土改性的二氧化鈦的光纖，所述反應(yīng)桶的兩端均設(shè)置有密封板，且至少一端的密封板上設(shè)置有石英玻璃片，所述光源設(shè)置在設(shè)有石英玻璃片的反應(yīng)桶的至少一端的外部，用于將光束通過(guò)所述石英玻璃片射入反應(yīng)桶內(nèi)，其中，所述負(fù)載有稀土改性的二氧化鈦的光纖包括光纖和包覆于光纖外表面的摻雜有稀土的二氧化鈦層。第二方面，本專利技術(shù)提供了一種將CO2轉(zhuǎn)化成甲醇的方法，所述方法包括：將含有CO2的物料供給至本專利技術(shù)所述的光纖式光催化反應(yīng)器中，進(jìn)行光催化還原反應(yīng)以將CO2轉(zhuǎn)化成甲醇。本專利技術(shù)的光纖式光催化反應(yīng)器，為一種能夠提高甲醇產(chǎn)率、內(nèi)部設(shè)置有負(fù)載稀土改性的納米TiO2層的光纖的結(jié)構(gòu)緊湊型光纖式光催化反應(yīng)器，用于將含有CO2的物料(如富氧煙氣)中的CO2轉(zhuǎn)化成甲醇，甲醇產(chǎn)率高(本專利技術(shù)的甲醇產(chǎn)率均在200μmol/h/g(即每克催化劑每小時(shí)制備得到200μmol甲醇)以上，可高達(dá)500μmol/h/g，而現(xiàn)有方法中甲醇產(chǎn)率一般低于100μmol/h/g)、光利用率高、催化劑比表面積大、易回收、能耗低、成本低、無(wú)污染，在降低CO2排放的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了CO2的資源化利用。具體地，在本專利技術(shù)中，(1)在光纖外表面負(fù)載稀土改性的納米TiO2層，使得催化劑在CO2轉(zhuǎn)化甲醇的光催化還原反應(yīng)中具有更高的催化活性。(2)催化劑直接負(fù)載在光纖表面，避免了傳統(tǒng)的固定式光催化反應(yīng)器中存在的反應(yīng)介質(zhì)對(duì)光的吸收和散射，光利用率大大提高；催化劑的表面積也大大提高，增強(qiáng)了反應(yīng)器的處理能力。(3)根據(jù)本專利技術(shù)的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，本專利技術(shù)中采用雙光源，能夠提供更強(qiáng)、更均勻的側(cè)面發(fā)光強(qiáng)度。(4)根據(jù)本專利技術(shù)的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，本專利技術(shù)中反應(yīng)器的內(nèi)壁設(shè)置有鋁箔反光層，提高了光利用率；反應(yīng)器的外部包覆有加熱帶，便于控制反應(yīng)器溫度及產(chǎn)物收集。(5)根據(jù)本專利技術(shù)的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，本專利技術(shù)采用光纖固定架固定光纖，能夠使光纖均勻地布置于反應(yīng)器中，也使得光纖拆卸更為靈活、方便；另外，光纖固定架還能夠促進(jìn)CO2氣流與光纖外表面的稀土改性的二氧化鈦充分接觸，提高傳質(zhì)效果和反應(yīng)速率。本專利技術(shù)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例1中光纖式光催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例1中的光纖固定架的俯視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1為光源；2為反應(yīng)桶；21為物料進(jìn)口；22為物料出口；3為負(fù)載有稀土改性的二氧化鈦的光纖；4為光纖固定架；41為圓形架體；42為隔板；43為光纖固定孔；5為密封板；6為石英玻璃片。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖1-2對(duì)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本專利技術(shù)，并不用于限制本專利技術(shù)。第一方面，本專利技術(shù)提供了一種光纖式光催化反應(yīng)器，如圖1所示，該光纖式光催化反應(yīng)器包括光源1和反應(yīng)桶2，所述反應(yīng)桶2上設(shè)置有物料進(jìn)口21和物料出口22，在反應(yīng)桶2中沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有負(fù)載有稀土改性的二氧化鈦的光纖3，所述反應(yīng)桶2的兩端均設(shè)置有密封板5，且至少一端的密封板5上設(shè)置有石英玻璃片6，所述光源1設(shè)置在設(shè)有石英玻璃片6的反應(yīng)桶2的至少一端的外部，用于將光束通過(guò)所述石英玻璃片6射入反應(yīng)桶2內(nèi)，其中，所述負(fù)載有稀土改性的二氧化鈦的光纖3包括光纖和包覆于光纖外表面的摻雜有稀土的二氧化鈦層。本專利技術(shù)的光纖式光催化反應(yīng)器中，優(yōu)選情況下，密封板5和石英玻璃片6均為圓形，且石英玻璃片6的直徑小于密封板5的直徑。其中，對(duì)于密封板5和石英玻璃片6的具體大小，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。本專利技術(shù)的光纖式光催化反應(yīng)器中，優(yōu)選情況下，在反應(yīng)桶2兩端的密封板5上均設(shè)置有石英玻璃片6，且光源1的個(gè)數(shù)為2個(gè)，分別設(shè)置在反應(yīng)桶2的兩端的外部。本專利技術(shù)的光纖式光催化反應(yīng)器中，優(yōu)選情況下，密封板5為不銹鋼板。本專利技術(shù)的光纖式光催化反應(yīng)器中，優(yōu)選情況下，光源1為人造光源和/或自然光源。根據(jù)實(shí)際情況，光源可在人造光源和自然光源之間替換，對(duì)于人造光源沒有特別的限定，可以根據(jù)催化劑的種類選擇不同光源，包括氙燈、汞燈等。本專利技術(shù)的光纖式光催化反應(yīng)器中，優(yōu)選情況下，光源1通過(guò)聚光透鏡將光束射入反應(yīng)桶2內(nèi)。本專利技術(shù)的光纖式光催化反應(yīng)器中，優(yōu)選情況下，反應(yīng)桶2內(nèi)設(shè)置有光纖固定架4，所述光纖固定架4包括分別設(shè)置在反應(yīng)桶2兩端的圓形架體41和連接兩個(gè)所述圓形架體41的隔板42，在所述圓形架體41上設(shè)置有光纖固定孔43(如圖2所示)，用于將光纖3進(jìn)行固定。本專利技術(shù)的光纖式光催化反應(yīng)器中，優(yōu)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種光纖式光催化反應(yīng)器，其特征在于，該光纖式光催化反應(yīng)器包括光源(1)和反應(yīng)桶(2)，所述反應(yīng)桶(2)上設(shè)置有物料進(jìn)口(21)和物料出口(22)，在反應(yīng)桶(2)中沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有負(fù)載有稀土改性的二氧化鈦的光纖(3)，所述反應(yīng)桶(2)的兩端均設(shè)置有密封板(5)，且至少一端的密封板(5)上設(shè)置有石英玻璃片(6)，所述光源(1)設(shè)置在設(shè)有石英玻璃片(6)的反應(yīng)桶(2)的至少一端的外部，用于將光束通過(guò)所述石英玻璃片(6)射入反應(yīng)桶(2)內(nèi)，其中，所述負(fù)載有稀土改性的二氧化鈦的光纖(3)包括光纖和包覆于光纖外表面的摻雜有稀土的二氧化鈦層。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種光纖式光催化反應(yīng)器，其特征在于，該光纖式光催化反應(yīng)器包
括光源(1)和反應(yīng)桶(2)，所述反應(yīng)桶(2)上設(shè)置有物料進(jìn)口(21)和物
料出口(22)，在反應(yīng)桶(2)中沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有負(fù)載有稀土改性的二氧化
鈦的光纖(3)，所述反應(yīng)桶(2)的兩端均設(shè)置有密封板(5)，且至少一端
的密封板(5)上設(shè)置有石英玻璃片(6)，所述光源(1)設(shè)置在設(shè)有石英玻
璃片(6)的反應(yīng)桶(2)的至少一端的外部，用于將光束通過(guò)所述石英玻璃
片(6)射入反應(yīng)桶(2)內(nèi)，其中，所述負(fù)載有稀土改性的二氧化鈦的光纖
(3)包括光纖和包覆于光纖外表面的摻雜有稀土的二氧化鈦層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式光催化反應(yīng)器，其中，在所述反應(yīng)桶
(2)兩端的密封板(5)上均設(shè)置有石英玻璃片(6)，且所述光源(1)的
個(gè)數(shù)為2個(gè)，分別設(shè)置在反應(yīng)桶(2)的兩端的外部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式光催化反應(yīng)器，其中，所述反應(yīng)桶(2)
內(nèi)設(shè)置有光纖固定架(4)，所述光纖固定架(4)包括分別設(shè)置在反應(yīng)桶(2)
兩端的圓形架體(41)和連接兩個(gè)所述圓形架體(41)的隔板(42)，在所
述圓形架體(41)上設(shè)置有光纖固定孔(43)，用于將光纖(3)進(jìn)行固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖式光催化反應(yīng)器，其中，所述圓形架體
(41)的直徑不大于所述石英玻璃片(6)的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式光催化反應(yīng)器，其中，所述反應(yīng)桶(2)
的內(nèi)壁設(shè)置有鋁箔反光層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式光催化反應(yīng)器，其中，所述反應(yīng)桶(2)
\t的外部設(shè)置有加熱帶。
7.一種將CO2轉(zhuǎn)化成甲醇的方法，其特征在于，所述方法包括：將含
有CO2的物料供給至權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的光纖式光催化反應(yīng)器
中，進(jìn)行光催化還原反應(yīng)以將CO2轉(zhuǎn)化成甲醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙永椿，孫平，韓濤，熊卓，余學(xué)海，張軍營(yíng)，陳璟，鄭楚光，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)神華能源股份有限公司，北京國(guó)華電力有限責(zé)任公司，神華國(guó)華北京電力研究院有限公司，華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11
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