高效光催化CO2加氢材料光催化剂的制备及应用方法技术

本发明专利技术涉及一种高效光催化CO2加氢材料光催化剂的制备及应用方法。该过程主要包括Pd/TiO2光催化剂的制备及光催化CO2加氢两个部分，Pd负载TiO2通过葡萄糖还原的方法完成，制备出了0.5％‑1.5％Pd负载TiO2的光催化剂。光催化CO2加氢反应在一个微型高压可视釜式反应器中进行，通入2MPa H2与0.5MPa CO2，加入Pd/TiO2光催化剂，以150W汞灯为光源，常温搅拌下进行光催化加氢反应1‑5h，得到的主要产物为CH4，并有少量C2H6、CO生成。本发明专利技术的主要优点为方法简单、反应条件温和、成本低、可循环利用、过程绿色化，能够将温室气体CO2转化成高附加值的碳氢能源，对于解决环境问题与能源问题具有重要意义。

High efficient catalytic hydrogenation of CO2 photocatalyst material preparation and application method

The invention relates to a high efficient catalytic hydrogenation of CO2 photocatalyst material preparation and application method. The two part of the process including the preparation of Pd/TiO2 photocatalyst and photocatalytic hydrogenation of CO2, Pd TiO2 through the reduction of glucose load, prepared photocatalyst 1.5%Pd 0.5% load TiO2. The photocatalytic CO2 hydrogenation reaction was carried out in a high pressure micro visible reactor, pass into the 2MPa H2 and 0.5MPa CO2, adding Pd/TiO2 photocatalyst with 150W mercury lamp as a light source, at room temperature under stirring reaction of light catalytic hydrogenation of 1 5h, the main product is CH4, and a small amount of C2H6 CO, generation. The main advantages of the invention are simple method, mild reaction condition, low cost, recyclable utilization and green process. It can transform greenhouse gas CO2 into high value-added hydrocarbon energy, which is of great significance for solving environmental problems and energy problems.

【技术实现步骤摘要】
高效光催化CO2加氢材料光催化剂的制备及应用方法
本专利技术涉及一种高效光催化CO2加氢材料Pd/TiO2的制备及应用方法，尤其是Pd/TiO2光催化材料的制备方法及其在紫外光下光催化CO2加氢生成CH4的有效应用，属于光催化

技术介绍
随着化石燃料的不断使用，环境污染与能源短缺已成为人们面临的主要危机，大气中大量排放的CO2是造成温室效应的主要气体，导致全球气候变暖，严重影响生态和环境问题，CO2作为最丰富的碳源之一，开发CO2不仅能减少环境污染，而且将CO2转化为有用能源能够解决能源问题，因此引起了人们的关注与重视。光催化技术能够充分利用太阳能，反应条件温和、绿色化，具有很好的发展前景，光催化CO2加氢关键在于制备出高效的光催化剂。TiO2因其具有氧化电位较高、便宜易得、无毒、化学性质稳定等特点，在光催化领域得到了广泛的应用。但是由于它的宽的能带隙(3.2eV)，只能被波长较短的紫外光激发，仅占照射到地面太阳能射线的4％-6％，太阳能利用率较低，并且光生载流子很容易重新复合，导致光催化效率很低。当激发波长小于387nm时，电子从价带激发到导带生成光生电子，同时在价带上留下光生空穴，形成光生电子-空穴对，电子和空穴一部分会迁移到半导体表面参与化学反应，另一部分则会在半导体内部发生重组。一般来说，化学反应时间为10-8-10-3s，而光生电子空穴重组时间为10-9s，所以光激发产生的电子和空穴大部分进行了重组反应，最后以热能形式散失，这导致了光催化效率的降低。为提高TiO2光催化活性，各种各样的改性方法也被应用，如稀土离子掺杂(CN105126609A)、贵金属负载(CN105110447A)、半导体复合(CN105126892A)等。Pd的负载能够有效吸附CO2，活化氢离子，有效分离电子空穴对，提高光催化活性，促进光催化CO2加氢反应。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的在于提供一种高效光催化CO2加氢材料光催化剂的制备和应用方法，Pd金属聚集电子，能够提供更多的活性位，减少电子空穴复合几率，从而提高光催化CO2加氢效率。技术方案：本专利技术的一种高效光催化CO2加氢材料光催化剂的制备方法，其特征在于：该光催化剂通过葡萄糖还原法进行Pd负载TiO2形成Pd/TiO2，其具体操作步骤如下：取TiO2材料分散在去离子水中，超声搅拌，按加入TiO2质量的0.5％-1.5％加入氯钯酸钠溶液，使用NaOH溶液调节pH为7-10，加入葡萄糖，在60-90℃温度下水浴0.5-2h，离心、洗涤、真空干燥，即得Pd/TiO2光催化剂。所述加入葡萄糖，其加入量为5倍还原计量的葡萄糖。本专利技术的高效光催化CO2加氢材料光催化剂的应用在于光催化剂在紫外光下可用于CO2加氢。其中：所述光催化剂在紫外光下用于CO2加氢，具体步骤为：在高压可见微型釜式反应器中内壁处加入锡箔纸，起到聚光作用，将石英棉均匀分散承载所述光催化剂，底部留出一定空间进行搅拌，加强气体流动，光催化剂分散在石英棉上通N2排除内部空气，加入H2与CO2，汞灯作为光源，常温下进行光催化加氢反应，得到CO2主要还原产物为CH4。所述常温下进行光催化加氢反应，时间为1-5h。所述加入H2，其加入条件为2-3MPa。所述加入CO2，其加入条件为0.5-1MPa。所述汞灯的功率为10-150W。有益效果：本专利技术与现有的技术相比，具有以下优点：(1)本专利技术采用葡萄糖还原方法进行了金属Pd的负载，方法简单、容易控制，能够提供活性位，聚集电子，有效分离电子空穴，促进光催化反应；(2)本专利技术在CO2加氢反应上，条件温和、绿色环保、催化剂活性高寿命长，将CO2转化为CH4能有效缓解环境危机与能源危机。具体实施方式本专利技术的一种高效光催化CO2加氢材料Pd/TiO2的制备及应用方法，以CO2和H2为原料，以Pd/TiO2为光催化剂，紫外光照下进行CO2还原反应，得到的主要产物为CH4，具体操作步骤如下：(1)Pd负载光催化剂的制备：取TiO2材料分散在去离子水中，超声搅拌，按加入TiO2质量的0.5％-1.5％加入氯钯酸钠溶液，使用NaOH溶液调节pH为7-10，加入葡萄糖，在60-90℃温度下水浴0.5-2h，离心、洗涤、真空干燥，即得Pd/TiO2光催化剂；(2)光催化CO2加氢反应：在高压可见微型釜式反应器中内壁处加入锡箔纸，起到聚光作用，石英棉均匀分散承载催化剂，底部留出一定空间进行搅拌，加强气体流动，光催化剂分散在石英棉上，通N2半小时排除内部空气，加入2-3MPaH2与0.5-1MPaCO2，100-150W汞灯作为光源，常温下进行光催化加氢反应1-5h，得到CO2主要还原产物为CH4。下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。应该指出，这些实施例仅是为了举例说明本专利技术，在任何方面都不构成对本专利技术范围的限制。实施例1：高效光催化CO2加氢材料Pd/TiO2的制备及应用方法，操作步骤如下：(1)Pd负载光催化剂的制备：取0.5g的TiO2材料分散在60mL去离子水中，超声搅拌10min，按加入TiO2质量的0.5％加入氯钯酸钠溶液，使用0.1mol/L的NaOH溶液调节pH为9，加入5倍还原计量的葡萄糖，在60℃温度下水浴0.5h，离心、洗涤、真空干燥，即得Pd/TiO2光催化剂；(2)光催化CO2加氢反应：在高压可见微型釜式反应器中内壁处加入锡箔纸，起到聚光作用，0.5g石英棉均匀分散承载催化剂，底部留出一定空间进行搅拌，加强气体流动，0.05g光催化剂分散在石英棉上，通N2半小时排除内部空气，加入2MPaH2与0.5MPaCO2，150W汞灯作为光源，常温下进行光催化加氢反应1h，得到CO2主要还原产物CH4含量为86.64μmol/(g·h)。实施例2：高效光催化CO2加氢材料Pd/TiO2的制备及应用方法，操作步骤如下：(1)Pd负载光催化剂的制备：取0.5g的TiO2材料分散在60mL去离子水中，超声搅拌10min，按加入TiO2质量的1.0％加入氯钯酸钠溶液，使用0.1mol/L的NaOH溶液调节pH为8，加入5倍还原计量的葡萄糖，在80℃温度下水浴1h，离心、洗涤、真空干燥，即得Pd/TiO2光催化剂；(2)光催化CO2加氢反应：在高压可见微型釜式反应器中内壁处加入锡箔纸，起到聚光作用，0.5g石英棉均匀分散承载催化剂，底部留出一定空间进行搅拌，加强气体流动，0.1g光催化剂分散在石英棉上，通N2半小时排除内部空气，加入3MPaH2与1MPaCO2，100W汞灯作为光源，常温下进行光催化加氢反应3h，得到CO2主要还原产物CH4含量为118.54μmol/(g·h)。实施例3：高效光催化CO2加氢材料Pd/TiO2的制备及应用方法，操作步骤如下：(1)Pd负载光催化剂的制备：取0.5g的TiO2材料分散在60mL去离子水中，超声搅拌10min，按加入TiO2质量的1.5％加入氯钯酸钠溶液，使用0.1mol/L的NaOH溶液调节pH为10，加入5倍还原计量的葡萄糖，在90℃温度下水浴1h，离心、洗涤、真空干燥，即得Pd/TiO2光催化剂；(2)光催化CO2加氢反应：在高压可见微型釜式反应器中内壁处加入锡箔纸，起到聚光作用，0.5g石英棉均匀分散承本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效光催化CO2加氢材料光催化剂的制备方法，其特征在于，该光催化剂通过葡萄糖还原法进行Pd负载TiO2形成Pd/TiO2，其具体操作步骤如下：取TiO2材料分散在去离子水中，超声搅拌，按加入TiO2质量的0.5％‑1.5％加入氯钯酸钠溶液，使用NaOH溶液调节pH为7‑10，加入葡萄糖，在60‑90℃温度下水浴0.5‑2h，离心、洗涤、真空干燥，即得Pd/TiO2光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种高效光催化CO2加氢材料光催化剂的制备方法，其特征在于，该光催化剂通过葡萄糖还原法进行Pd负载TiO2形成Pd/TiO2，其具体操作步骤如下：取TiO2材料分散在去离子水中，超声搅拌，按加入TiO2质量的0.5％-1.5％加入氯钯酸钠溶液，使用NaOH溶液调节pH为7-10，加入葡萄糖，在60-90℃温度下水浴0.5-2h，离心、洗涤、真空干燥，即得Pd/TiO2光催化剂。2.如权利要求1所述的一种高效光催化CO2加氢材料光催化剂的制备方法，其特征在于，所述加入葡萄糖，其加入量为5倍还原计量的葡萄糖。3.如权利要求1所述的高效光催化CO2加氢材料光催化剂的应用，其特征在于，该光催化剂在紫外光下用于CO2加氢。4.如权利要求3所述的高效光催化CO2加氢材料光催化剂的应用，其特征在于，所述光催化剂在紫外光下用于CO2加氢反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建成，刘明，李乃旭，杨斌，舒位欣，郑雨，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32