【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化工，尤其涉及一种利用光催化高效转化甲烷到c2+液态含氧化合物的方法。
技术介绍
1、随着原油储量的下降以及甲烷水合物和页岩气的大量发现，在未来利用甲烷代替石油作为化学合成的需求会越来越高。由于甲烷分子的惰性、极化率低和高达440kj mol-1的平均解离能，使其在用作起始原料发生进一步转化时受到严重的限制。传统上甲烷的多相催化虽然可以通过不同的反应途径合成不同的产物，但需要苛刻的反应条件和/或强氧化剂，且能量密集，co2排放过量。而且通常在这样的苛刻条件下容易发生积碳的快速积聚和催化剂的烧结，导致催化剂失活。因此在目前“碳中和”目标和能源高效利用的需求下发展有效的绿色方法将甲烷转化为高附加值的化学品是具有重要的实际意义的。
2、光催化是替代传统多相催化的一种很有前途的绿色方法，它使用光子而不是热能来驱动化学过程，并且反应条件温和。由于甲烷分子的惰性，通过热催化进行转化需要大量的活化能。与此不同，光催化会产生能量非常高的电荷载体，从而预活化甲烷并大幅降低活化能。这种预活化过程甚至允许在室温下进行上坡(热力学不利)反应，克服了传统的热力学障碍。此外，光催化反应可以避免苛刻的反应条件、过度氧化和催化剂失活，反应产生的热量也可以容易地消散；光催化剂内氧化还原反应位点的空间分离在一定程度上也可以进一步防止自由基的不必要碰撞。所有这些因素都有助于光催化甲烷转化产物的多样性和高选择性。
3、目前ch4的光催化进展主要集中在转化成c1产物上，如甲醇，甲醛和甲酸等等，而转化成c2+液态含氧化合物由于原子经济
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种利用光催化高效转化甲烷到c2+液态含氧化合物的方法，具有较高的甲烷转化率。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种利用光催化高效转化甲烷到c2+液态含氧化合物的方法，包括以下步骤：
3、以氙灯或led灯作为光源，使甲烷进行光催化反应，得到c2+液态含氧化合物。
4、优选的，所述c2+液态含氧化合物包括乙醇、乙酸、丙酮中的一种或多种。
5、更优选的，所述c2+液态含氧化合物为乙醇和/或丙酮。
6、最优选的，所述c2+液态含氧化合物仅有乙醇或丙酮。
7、所述光催化反应还包括气态产物，所述气态产物包括co、co2的一种或多种。
8、优选的，所述光催化反应在催化剂的作用下进行。
9、优选的，所述催化剂选自氧化石墨烯与tio2{001}的复合物或pt负载的tio2{001}。
10、优选的，所述氧化石墨烯与tio2{001}的摩尔比为0.1～1：1；更优选为0.1:1、0.2:1、0.5:1、0.8:1或1:1，最优选为0.5:1。
11、当所述氧化石墨烯与tio2{001}的摩尔比为0.5:1时，所述光催化反应具有最高的甲烷转化率和产物选择性。
12、当采用氧化石墨烯与tio2{001}的复合物作为催化剂时，反应体系中添加有水和双氧水，上述光催化反应的产物主要为乙醇。
13、在本专利技术提供的使用氙灯或led灯作为光源光催化转化甲烷的反应体系中加入氧化石墨烯-tio2{001}催化剂，提高甲烷的转化率和以乙醇为主的液态含氧化合物的选择性。该催化剂表面丰富的氧空位可以极大地增强对甲烷的吸附能力，尤其是提高了不可逆吸附量，从而使得甲烷活化后的c-c偶联变得更加容易，最终使甲烷主要转化为乙醇产物。
14、优选的，所述pt的负载量为0.3％～2.5％；更优选为0.3％、0.5％、1％、1.5％、2.5％，最优选为1％。
15、当所述pt的负载量为1％时，所述光催化反应具有最高的甲烷转化率和产物选择性。
16、当采用pt负载的tio2{001}作为催化剂时，反应体系中添加有水和氧气，上述光催化反应的产物主要为丙酮。
17、在本专利技术提供的使用氙灯或led灯作为光源光催化转化甲烷的反应体系中加入pt-tio2{001}催化剂，进一步提高甲烷的转化率，并且液态含氧化合物从乙醇做到了丙酮，从而实现甲烷的高转化率和高选择性的一步转化制丙酮，实现了光催化甲烷c1产物到c3产物的突破。上述催化剂表面对甲烷转化的副产物co的弱吸附，使得co可以和ch3自由基耦合形成ch3co，进一步和ch3反应从而得到丙酮产物。
18、所述催化剂与甲烷的摩尔比优选为0.004～0.48：1。
19、具体的，所述氧化石墨烯与tio2{001}的复合物与甲烷的比例优选为0.004～0.48:1，更优选为0.016:1。
20、所述pt负载的tio2{001}与甲烷的比例更优选为0.012：1。
21、当催化剂用量在上述含量范围内，上述光催化反应的甲烷转化率、产物选择性最高。
22、优选的，所述光催化反应还添加了水和双氧水作为反应原料。
23、优选的，所述水是甲烷体积的0.014～0.285倍。
24、优选的，所述双氧水是甲烷体积的0.00007～0.004倍，更优选为甲烷体积的0.0002倍。
25、当所述双氧水的用量为300μl时，所述光催化反应具有最高的甲烷转化率和产物选择性。
26、当所述双氧水的用量为300μl时，所述水的用量优选为20ml，所述甲烷的流速优选为50ml/min。
27、所述甲烷优选为100％的市售纯甲烷。
28、优选的，所述光催化反应还添加了水和氧气作为反应原料。
29、优选的，所述水是甲烷体积的0.014～0.285倍。
30、优选的，所述氧气是甲烷体积的0.028～0.43倍。
31、优选的，所述自由基反应在平衡气体存在的条件下进行。
32、优选的，所述平衡气体选自保护性气体。
33、优选的，所述保护性气体选自氮气或惰性气体中的一种或多种。所述惰性气体优选为氩气。
34、优选的，所述平衡气体和甲烷的体积比为0～0.35：1；更优选为0.286：1。
35、本专利技术所述的平衡气体的作用是稀释甲烷和氧气的浓度，避免浓度过高引起甲烷和氧气的混合爆炸。
36、本专利技术优选的，所述甲烷的比例为60％～80％，更优选为70％；所述氧气的比例为2％～30％，更优选为5％～25％。
37、所述平衡气体的比例优选为5％～25％。
38、当反应压力为0.1mpa时，所述甲烷比例为70％，氧气比例为20％，平衡气体的比例为10％时，所述光催化反应具有最高的甲烷转化率和产物选择性。
39、当反应压力为0.2mpa时，所述甲烷比例为70％，氧气比例为10％，平衡气体的比例为20％时，所述光催化反应具有最高的甲烷转化率和产物选择性。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用光催化高效转化甲烷到C2+液态含氧化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光催化反应在催化剂的作用下进行；
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与TiO2{001}的摩尔比为0.1～1：1；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光催化反应还添加了水和双氧水作为反应原料；
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光催化反应还添加了水和氧气作为反应原料；
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述C2+液态含氧化合物包括乙醇、乙酸、丙酮中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述C2+液态含氧化合物为乙醇和/或丙酮。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光催化反应的压力为0.1～2Mpa；
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氙灯为300W氙灯；
【技术特征摘要】
1.一种利用光催化高效转化甲烷到c2+液态含氧化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光催化反应在催化剂的作用下进行；
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与tio2{001}的摩尔比为0.1～1：1；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光催化反应还添加了水和双氧水作为反应原料；
5.根据权利要求1所述的方法，其特...
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