一種催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種催化劑，具體涉及可見光催化劑及其制備方法和其在分解甲烷上 的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 甲烷是一種溫室氣體，其CH3-H鍵的離解能為435kJ/mol，不易轉(zhuǎn)化。TiO 2是一 種活性很高、無二次污染且價格低廉和容易操作的光催化材料。目前在甲烷光催化的研宄 主要是利用真空紫外光（主波長為185nm)作為光源，110 2為催化劑，且采用的方式為連續(xù) 光解即在整個反應(yīng)過程連續(xù)開真空紫外燈，這種方法尚不能在實際的應(yīng)用中實現(xiàn)：一是由 于真空紫外光在空氣中的傳播能力很弱，而且價格較貴；二是由于氣體在催化劑表面的預(yù) 先吸附對催化效率有很大的影響，甲烷的轉(zhuǎn)化效率較低。張彭義在最佳實驗條件下（即甲 烷初始濃度為60mg/m 3、氣體流速為8L/min、濕度為26% -30% RH)，采用真空紫外光降解甲 烷，甲烷的轉(zhuǎn)化速率僅為7mg/m3 · min (中國環(huán)境科學(xué)，2006年，第26卷第一期：653-656)。 [0003] 專利ZL201010516920. 0公開了一種利用低壓汞燈快速光催化分解高濃度甲烷混 合氣的方法。即利用低壓汞燈（主波長為253. 7nm)作為光源，1102為催化劑，采用間歇光 照方式，即開燈一定的時間，然后關(guān)燈一段時間再重新開燈進(jìn)行甲烷的光催化分解，但僅適 用于紫外光。
[0004] 與上述方法相比較，本發(fā)明利用配備400nm濾光片的太陽模擬器作為光源， Ag-Bi2WO6S催化劑，采用間歇光照方式（即開太陽模擬器一定的時間，然后關(guān)太陽模擬器 一段時間再重新開燈）進(jìn)行甲烷的可見光催化具有轉(zhuǎn)化效率快，轉(zhuǎn)化率高，價格低廉的優(yōu) 點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種催化轉(zhuǎn)化甲烷 用可見光催化劑及其制備方法和應(yīng)用"一種利用可見光催化轉(zhuǎn)化甲烷的方法"。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化 劑，其特征在于，該催化劑為Ag-Bi 2WO6負(fù)載在鈦網(wǎng)上，負(fù)載量為0. 1~2wt%。
[0007] 所述的Ag-Bi2WO6負(fù)載在鈦網(wǎng)的量優(yōu)選0. 4~0. 6wt%。光催化劑粉體體積小，質(zhì) 量輕，以成膜的方式負(fù)載在以蜂窩狀的鈦網(wǎng)（網(wǎng)格密度為每平方厘米8孔）的表面，因為鈦 網(wǎng)具有良好的耐酸、耐堿、耐高溫，抗拉力強(qiáng)和耐磨性強(qiáng)精細(xì)等性能，使其能稱為催化劑良 好的載體。如果鈦網(wǎng)孔隙過大催化劑負(fù)載量會變小影響催化效果，但孔隙過小則造成催化 劑堆積難以成膜。
[0008] 一種催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步 驟：
[0009] (1)將Bi (NO3) 3.5H20和Na2WO4.2H20按摩爾比2:1混合，溶解于去離子水中，所得 混合溶液于室溫下攪拌4h，得一號溶液；
[0010] (2)在一號溶液中加入AgNO3，室溫下機(jī)械攪拌lh，得到二號溶液；
[0011] (3)將二號溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，補(bǔ)充去離子水使得反應(yīng)釜填 充系數(shù)達(dá)70 %，反應(yīng)釜密封后放入干燥箱中于180°C水熱反應(yīng)24h，冷卻至室溫，用去離子 水和污水乙醇分別洗滌沉淀2~3次，在80°C干燥箱中干燥8h，即得所制備的Ag-Bi 2WOf^f 化劑；
[0012] (4)將鈦網(wǎng)超聲清洗除油污，然后用去離子水沖洗、超聲lOmin，于80°C干燥箱中 干燥30min，備用；
[0013] (5)將步驟⑶制得的Ag-Bi2WO6催化劑于無水乙醇中超聲30min分散均勾，在不 斷攪拌下將步驟（4)所得鈦網(wǎng)浸漬于催化劑乙醇溶液中，均勻提拉鈦網(wǎng)，將鈦網(wǎng)于80°C干 燥箱中干燥lOmin，重復(fù)若干次浸漬-提拉步驟，直至負(fù)載質(zhì)量比達(dá)到0. 1~2wt %，即為制 備好的負(fù)載催化劑。
[0014] 所述的一號溶液中去離子水的添加量為使Bi (NO3)3的摩爾濃度為0. 1~0. 5mol/ L0
[0015] 所述的AgNO3的加入量與Bi 2W06的質(zhì)量比為0· 005~0· 015:1。
[0016] 步驟⑷所述的鈦網(wǎng)超聲清洗除油污是將鈦網(wǎng)放入體積比為1:1的無水乙醇與丙 酮的混合溶液中超聲Ih去除油污。
[0017] -種催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑的應(yīng)用，其特征在于，將所述催化劑用在甲烷 催化轉(zhuǎn)化上，具體包括以下步驟：
[0018] (1)將催化劑置于反應(yīng)容器內(nèi)后，再往反應(yīng)器里通入含甲烷的氣體，使該氣體中的 甲烷體積百分含量為10%，相對濕度為8~10% ;
[0019] (2)甲烷含量和濕度穩(wěn)定后，密封反應(yīng)器，打開太陽光模擬器間歇光照，進(jìn)行可見 光催化降解，并記錄每一過程中的甲烷含量及濕度；
[0020] (3)當(dāng)累計開太陽光模擬器時間達(dá)到一定值時反應(yīng)結(jié)束，并記錄甲烷含量及濕度， 計算甲烷降解速率及效率。
[0021] 步驟⑴所述的含甲烷的氣體包括甲烷與二氧化碳的混合氣體。為了得到低濃度 甲烷并在自行設(shè)計反應(yīng)器中研宄其光催化降解，故使甲烷與無法被光催化降解的二氧化碳 氣體混合稀釋。因為甲烷是可燃性氣體，所以低濃度的甲烷在反應(yīng)器中降解反應(yīng)比高濃度 甲烷更加安全，并且光催化反應(yīng)器運行更加穩(wěn)定。
[0022] 步驟（2)所述的太陽光模擬器為配有400nm的濾光片的光源。為了模擬太陽光， 研宄甲烷在可見光下的催化降解，而不是主波長為253. 4nm低壓汞燈直接提供的紫外光， 從而達(dá)到提高太陽光的利用率，在節(jié)能、環(huán)保方面做出貢獻(xiàn)。
[0023] 步驟（2)所述的間歇光照為每開太陽光模擬器一定時間就關(guān)，關(guān)太陽光模擬器一 定時間后再開，反復(fù)進(jìn)行此過程，其中太陽光模擬器的開關(guān)時間比例為1. 8~2. 2:1。
[0024] 步驟（3)所述的累計開太陽光模擬器時間達(dá)到一定值為450min。
[0025] 甲烷的光催化降解反應(yīng)分兩步進(jìn)行：1.甲烷吸附到催化劑表面；2.吸附到催化劑 表面的甲烷發(fā)生光催化分解反應(yīng)。
[0026] 本發(fā)明中所述的甲烷轉(zhuǎn)化速率的計算公式如下：
【主權(quán)項】
1. 一種催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑，其特征在于，該催化劑為Ag-Bi2W06負(fù)載在鈦網(wǎng) 上，負(fù)載量為〇. 1~2wt%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑，其特征在于，所述的 Ag-Bi2WO6負(fù)載在鈦網(wǎng)的量優(yōu)選0. 4~0. 6wt%。
3. -種如權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑Ag-Bi2W06的制備方法，其 特征在于，該方法包括以下步驟： (1) 將Bi(NO3) 3.5H20和Na2WO4.2H20按摩爾比2:1混合，溶解于去離子水中，所得混合 溶液于室溫下攪拌4h，得一號溶液； (2) 在一號溶液中加入AgNO3，室溫下機(jī)械攪拌lh，得到二號溶液； (3) 將二號溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，補(bǔ)充去離子水使得反應(yīng)釜填充系 數(shù)達(dá)70%，反應(yīng)釜密封后放入干燥箱中于180°C水熱反應(yīng)24h，冷卻至室溫，用去離子水和 污水乙醇分別洗滌沉淀2~3次，在80°C干燥箱中干燥8h，即得所制備的八§-812106催化 劑； (4) 將鈦網(wǎng)超聲清洗除油污，然后用去離子水沖洗、超聲lOmin，于80°C干燥箱中干燥 30min，備用； (5) 將步驟⑶制得的Ag-Bi2WO6催化劑于無水乙醇中超聲30min分散均勾，在不斷攪 拌下將步驟（4)所得鈦網(wǎng)浸漬于催化劑乙醇溶液中，均勻提拉鈦網(wǎng)，將鈦網(wǎng)于80°C干燥箱 中干燥lOmin，重復(fù)若干次浸漬-提拉步驟，直至負(fù)載質(zhì)量比達(dá)到0. 1~2wt%，即為制備好 的負(fù)載催化劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑的制備方法，其特征在于，所 述的一號溶液中去離子水的添加量為使Bi(NO3) 3的摩爾濃度為0. 1~0. 5mol/L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑的制備方法，其特征在于，所 述的AgNO3的加入量與Bi2W06的質(zhì)量比為0. 005~0. 015:1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑的制備方法，其特征在于，步 驟（4)所述的鈦網(wǎng)超聲清洗除油污是將鈦網(wǎng)放入體積比為1:1的無水乙醇與丙酮的混合溶 液中超聲Ih去除油污。
7. -種如權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑的應(yīng)用，其特征在于，將所 述催化劑用在甲烷催化轉(zhuǎn)化上，具體包括以下步驟： (1) 將催化劑置于反應(yīng)容器內(nèi)后，再往反應(yīng)器里通入含甲烷的氣體，使該氣體中的甲烷 體積百分含量為10 %，相對濕度為8~10% ; (2) 甲烷含量和濕度穩(wěn)定后，密封反應(yīng)器，打開太陽光模擬器間歇光照，進(jìn)行可見光催 化降解，并記錄每一過程中的甲烷含量及濕度； (3) 當(dāng)累計開太陽光模擬器時間達(dá)到一定值時反應(yīng)結(jié)束，并記錄甲烷含量及濕度，計算 甲烷降解速率及效率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑的應(yīng)用，其特征在于，步驟（1) 所述的含甲烷的氣體包括甲烷與二氧化碳的混合氣體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑的應(yīng)用，其特征在于，步驟（2) 所述的太陽光模擬器為配有400nm的濾光片的光源； 步驟（2)所述的間歇光照為每開太陽光模擬器一定時間就關(guān)，關(guān)太陽光模擬器一定時
【專利摘要】本發(fā)明涉及催化轉(zhuǎn)化甲烷用可見光催化劑及其制備方法和應(yīng)用“一種利用可見光催化轉(zhuǎn)化甲烷的方法”，該催化劑為Ag-Bi2WO6負(fù)載在鈦網(wǎng)上，負(fù)載量為0.1～2wt％。利用配備400nm濾光片的太陽模擬器作為光源，Ag-Bi2WO6為催化劑，采用間歇光照方式(即開太陽模擬器一定的時間，然后關(guān)太陽模擬器一段時間再重新開燈)進(jìn)行甲烷的可見光催化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有轉(zhuǎn)化速率快，轉(zhuǎn)化率高，價格低廉的優(yōu)點。
【IPC分類】B01D53-86, B01D53-72, B01J23-68
【公開號】CN104785260
【申請?zhí)枴緾N201510203639
【發(fā)明人】王羅春, 黃思遠(yuǎn), 武文燕, 周振
【申請人】上海電力學(xué)院
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月24日