合成co的方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種利用石墨烯基催化劑熱還原C02合成C0的方法，該催化劑的熱催化還原C02合成C0的效率遠高于純氧化物和石墨烯。本發(fā)明屬于熱催化技術(shù)領(lǐng)域，為利用催化技術(shù)還原二氧化碳和水制備一氧化碳提供了一種新型且簡便的方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]環(huán)境污染和能源短缺已成為當今世界面臨的最主要危機，人們不斷探究治理環(huán)境和開發(fā)可再生能源的新方法。于1972年，F(xiàn)ujishima和Honda報道采用1102光電極和鈾電極組成光電化學(xué)體系使水分解為氫氣和氧氣，從而開辟了半導(dǎo)體催化這一新的研究領(lǐng)域。近些年，將0)2還原成碳氫燃料已經(jīng)成為能源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。該研究對于開發(fā)利用可再生能源和去除大氣中C02氣體，降低溫室效應(yīng)具有重要的科學(xué)意義。
[0003]本發(fā)明公開一種利用石墨烯基催化劑熱還原C02合成C0的方法。該方法是利用研制的石墨烯基催化劑在低溫條件下熱還原C02合成C0，而且該方法條件要求簡單，無需光照且應(yīng)用性強；利用該催化劑熱催化還原二氧化碳和水生成一氧化碳，其熱催化效率遠高于純氧化物和石墨烯。目前，低溫下熱催化還原二氧化碳和水制備一氧化碳的研究工作未見報道，該研究成果將為治理環(huán)境和開發(fā)新能源等領(lǐng)域開辟新的方向。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明公布了一種利用石墨烯基催化劑熱還原C02合成C0的方法，其
【發(fā)明內(nèi)容】
包括以下方面:1.先以鱗片狀石墨為前驅(qū)體，參照Hmnmers的方法制備氧化石墨烯，然后制備出各種氧化物，最后通過化學(xué)剝脫法制得氧化物復(fù)合石墨烯催化劑。2.建立了利用該催化劑在低溫條件下(25?90°C )有效地?zé)徇€原C02合成C0的實驗方法和生成C0效率的評價方法。3.利用石墨烯基催化劑進行熱還原C02合成C0的實驗。結(jié)果表明:石墨烯基催化劑在低溫條件下具有很高的熱催化效率，其熱催化效率遠高于純氧化物和石墨烯；該方法工藝簡單和實施條件要求低，易操作并且應(yīng)用性強，熱催化活性的評價方法準確可行。
[0005]本發(fā)明的具體方法如下:
[0006]1.石墨烯基納米材料的制備
[0007]先以鱗片狀石墨為前驅(qū)體，參照Hmnmers的方法制備氧化石墨烯，然后制備出各種氧化物，最后通過化學(xué)剝脫法制得氧化物復(fù)合石墨烯催化劑。
[0008]2.熱催化還原C02合成C0的實驗方法和生成C0效率的評價方法
[0009]熱催化還原0)2和H20的實驗是在低溫條件下的280ml圓柱型玻璃反應(yīng)器中進行。首先稱取lOOmg催化劑，平鋪于2.5X7.5cm的載玻片上。再將載玻片置于反應(yīng)器中心。然后往反應(yīng)器中通入C02氣體，氣體純度為99.999%,流量為0.2L -min \時間為35min，用以排除反應(yīng)器中的空氣并使0)2氣體達到飽和。充氣結(jié)束后往反應(yīng)器內(nèi)注入1.5ml去離子水并封口。最近將整個反應(yīng)體系固定在低溫條件下的恒溫干燥箱中。每隔4h抽取反應(yīng)器中的0.4ml的氣體，采用氣相色譜儀測定產(chǎn)物C0的濃度，并在相同條件下進行無催化劑的熱合成對比實驗。
[0010]更進一步的技術(shù)方案是，所述的低溫條件為25?90°C。
[0011]更進一步的技術(shù)方案是，所述的氧化物可以是W03，ZnO, Zr02，Ce02，Mn02S T1 2中的任何一種。
[0012]為更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但是本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例所表示的范圍。
【【附圖說明】】
[0013]圖1實施例1中樣品的XRD圖譜；
[0014]圖2實施例1中樣品的熱催化還原C02合成C0的活性圖；
[0015]圖3實施例1中不同溫度下20% W03/graphene樣品的熱催化活性圖；
[0016]圖4實施例2中樣品的熱催化還原C02合成C0的活性圖；
[0017]以下結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明做進一步描述，并具體說明本發(fā)明的熱催化效果。
【【具體實施方式】】
[0018]實施例1
[0019]W03的制備:稱3g鎢酸鈉和0.0lg十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，溶于10mL去離子水中。攪拌0.5h后，用3mol/L HC1調(diào)節(jié)溶液PH = 0.3。繼續(xù)攪拌lh，轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中填充80%，在恒溫干燥箱箱120°C放置24h。離心沉降，所得沉淀用蒸餾水、丙酮反復(fù)洗滌，于60°C干燥10h。最后在馬弗爐中300°C灼燒3h，制得W03粉末。
[0020]Hmnmers法制備氧化石墨具體的工藝流程如下:石墨稀復(fù)合二氧化鈦基納米材料制備方法如下:在冰水浴中裝配好1L的燒杯，加入115mL的濃硫酸。在持續(xù)攪拌下加入5g鱗片石墨和2.5g硝酸鈉的固體混合物，再分次加入15g高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過20°C。然后將液體升溫到35°C，繼續(xù)攪拌60min。再緩慢加入230mL的去離子水，液體劇烈沸騰并保持溫度在98°C左右15min。并加入0.7L蒸餾水和12.5mL雙氧水，最后用1L 5%HC1溶液和去離子水洗滌直到濾液中無硫酸根被檢測到為止。最后在60°C的真空干燥箱中充分干燥，得到氧化石墨烯。
[0021]W03/graphene催化劑制備方法如下:按質(zhì)量比1: 9?1: 1將W03和氧化石墨稀置于500ml燒杯中，加入280ml無水乙醇，常溫超聲lh。然后加入2ml NaOH溶液(8mol/L)，繼續(xù)超聲5h，溫度保持為75°C。超聲結(jié)束后靜置24h，將上層清液倒掉，最后用乙醇清洗5遍，在50°C下干燥，即制得W03/graphene催化劑。
[0022]實施例2
[0023]ZnO的制備:稱3.67g硝酸鋅和0.lg十六烷基溴化銨溶液50ml去離子水中，再加入50ml碳酸鈉溶液(0.25mol/L)。持續(xù)攪拌2h，使兩種溶液充分反應(yīng)。離心，洗滌，于60°C干燥，得堿式碳酸鋅。最后在600 °C的馬弗爐中鍛燒2.5h，制得ZnO樣品。
[0024]其余實驗條件、步驟同實施例1。
[0025]以下對附圖做簡要說明:
[0026]圖1表明成功的制備出W03，graphene和W03/graphene催化劑。
[0027]圖2表明純W03的熱催化還原C0 2合成C0的活性很低，僅有0.155 μ mo 1 CO生成。當反應(yīng)32小時后，純graphene生成CO量為1.03 μ mol。對于復(fù)合的樣品，20% W03/graphene表現(xiàn)出最高的熱催化活性，有4.53 μ mol的C0生成，其熱催化活性分別是純W03和graphene的29倍和4.5倍。
[0028]圖3表明隨著溫度升高，20% W03/graphene樣品熱催化活性也相應(yīng)提高。
[0029]圖4是ZnO/graphene系列樣品的熱催化活性圖。結(jié)果表明復(fù)合之后，15% ZnO/graphene樣品熱催化活性最高，反應(yīng)10小時后有2.38 μ mol的C0生成，分別是純ZnO和graphene 的 65.5 倍和 4.1 倍。
[0030]從以上實例中可以看出，氧化物復(fù)合石墨烯樣品和純氧化物和石墨烯相比，其熱還原C02合成C0的催化活性得到很大的提高。
【主權(quán)項】
1.一種利用石墨烯基催化劑熱還原CO2合成CO的方法，其包括:制備石墨烯基催化劑，建立熱催化還原C02合成C0的實驗方法和熱催化效率的評價方法；所述的石墨烯基催化劑的特征在于先以鱗片狀石墨為前驅(qū)體，參照Hummers的方法制備氧化石墨烯，然后制備出各種氧化物，最后通過化學(xué)剝脫法制備出氧化物復(fù)合石墨烯催化劑；該催化劑穩(wěn)定性好，分散性強且其熱還原C02合成C0的催化效率遠高于純氧化物和石墨烯；熱催化還原C0 2合成C0的實驗方法和熱催化效率的評價方法的特征在于熱還原0)2和H20的實驗是在低溫條件下的280ml圓柱型玻璃反應(yīng)器中進行的；首先稱取一定量的催化劑，平鋪于2.5X7.5cm的載玻片上；再將載玻片置于反應(yīng)器中心；然后往反應(yīng)器中通入C02氣體，氣體純度為99.999%，流量為0.2L.min \時間為35min，用以排除反應(yīng)器中的空氣并使0)2氣體達到飽和，充氣結(jié)束后向反應(yīng)器內(nèi)注入1.5ml去離子水并封口 ；最近將整個反應(yīng)體系固定在低溫條件下的恒溫干燥箱中，每隔4h抽取反應(yīng)器中的0.4ml的氣體，采用氣相色譜儀測定產(chǎn)物C0的濃度，并在相同條件下進行無催化劑的熱合成對比實驗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用石墨烯基催化劑熱還原C02合成C0的方法，其特征在于，所述的低溫條件為25?90°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用石墨烯基催化劑熱還原C02合成C0的方法，其特征在于，所述的氧化物可以是W03，ZnO，Zr02，Ce02，Mn02S 1102中的任何一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用石墨烯基催化劑熱還原CO2合成CO的方法，其
【發(fā)明內(nèi)容】
包括：制備石墨烯基催化劑，建立熱催化還原CO2合成CO的實驗方法和熱催化效率的評價方法。本發(fā)明具有以下特點：該催化劑是先以鱗片狀石墨為前驅(qū)體，參照Hummers的方法制備氧化石墨烯，然后制備出各種氧化物，最后通過化學(xué)剝脫法制備出氧化物復(fù)合石墨烯催化劑。該催化劑穩(wěn)定性好，分散性強且其熱還原CO2合成CO的催化效率遠高于純氧化物和石墨烯；該方法是在低溫條件下(無光照)的密閉玻璃反應(yīng)器中進行的，具有設(shè)備要求低、操作簡單、無需光照、易應(yīng)用等優(yōu)點。本發(fā)明將為制備新型高效率熱催化劑及在治理環(huán)境和新能源領(lǐng)域的應(yīng)用開辟新的方向。
【IPC分類】B01J23/30, C01B31/18
【公開號】CN105293492
【申請?zhí)枴緾N201510664371
【發(fā)明人】曹亞安, 閆亞賓, 顏賽
【申請人】南開大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月15日