專(zhuān)利名稱(chēng)：一種同步捕獲和資源化利用二氧化碳的復(fù)合催化材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步捕獲和資源化利用二氧化碳的復(fù)合催化材料及其制備方法， 涉及催化和環(huán)保領(lǐng)域。其特征在于采用過(guò)渡金屬(Ni或Fe)催化石墨化或部分石墨化的有序中孔碳為載體，Cu摻雜的納米半導(dǎo)體光催化劑(Ti02、Zn0等)為活性組分。本發(fā)明復(fù)合催化材料的特點(diǎn)是在環(huán)境條件下具有高的CO2吸附捕獲能力，并且可催化(包括光催化) CO2與水反應(yīng)生成烴、醇等具有高附加值的有機(jī)燃料。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，大氣中二氧化碳的含量漸漸增加，對(duì)自然環(huán)境和地球生態(tài)的影響日趨嚴(yán)重，因而減少二氧化碳的排放和選擇性削減大氣中二氧化碳的含量已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新能源和高科技環(huán)保技術(shù)開(kāi)發(fā)的一大現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略課題之一。CO2既是重要的溫室氣體，又是豐富的碳源，具有廉價(jià)、穩(wěn)定、不燃燒等優(yōu)點(diǎn)。將(X)2低能耗高效轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)物質(zhì)和產(chǎn)品如一氧化碳，甲酸，甲醇，乙醇，乙烯及可快速降解脂肪系列聚碳酸酯塑料等具有重要意義。目前將(X)2轉(zhuǎn)化為相關(guān)產(chǎn)物以實(shí)現(xiàn)大量(X)2再資源化的研究已取得了一定進(jìn)展。 采用的方法主要有生物法、物理法、物理化學(xué)法和化學(xué)法，其中化學(xué)法是人工大量利用CO2 的主要方法。用化學(xué)方法給(X)2加氫主要有三種方式一是(X)2與吐反應(yīng)生成等摩爾量的 C化學(xué)品；二是CO2與CH4反應(yīng)生成合成氣和低碳烴等；三是CO2與H2O反應(yīng)生成烴、醇類(lèi)有機(jī)燃料。前兩種方法雖然技術(shù)較為成熟，但要消耗有用的壓與CH4，并不是非常的經(jīng)濟(jì)；后一種方法原料為燃料燃燒的最終產(chǎn)物(X)2和水、價(jià)廉易得，但在理論和技術(shù)上還處于探索階段，是目前研究的熱點(diǎn)。由于CO2是有機(jī)化合物的最終氧化產(chǎn)物，需要大量的能量才能使逆反應(yīng)發(fā)生，因此上述的加氫過(guò)程都要有足夠能量支持。將CO2、水在太陽(yáng)能作用下轉(zhuǎn)化為甲醇、乙醇等燃料氣體，就能以較低的代價(jià)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能來(lái)得到可再生、無(wú)污染有機(jī)燃料，形成可再生能源作用下碳資源的大循環(huán)，最終實(shí)現(xiàn)人工光合作用下地球可持續(xù)發(fā)展的美好前景。利用半導(dǎo)體光催化劑來(lái)實(shí)施(X)2與水的資源化反應(yīng)始于1979年，當(dāng)時(shí)Inoue等 (Inoue T, Fujishima A, et al.，Nature, 1979,227 :637-638)在 Nature 上報(bào)道了粉末狀半導(dǎo)體光催化劑W03、Ti02、Zn0、CdS、GaP和SiC等存在下、以氙燈或汞燈為光源、H20作為氫源、(X)2光還原可產(chǎn)生甲酸(HCOOH)、甲醛(HCHO)、甲醇(CH3OH)和痕量甲烷(CH4)，由此拉開(kāi)了半導(dǎo)體催化0)2與!120光反應(yīng)生成烴、醇類(lèi)有機(jī)燃料研究的序幕。2002年Tseng等(Tseng I H, Wu J C S, et al. ,Appl. Catal. B =Environ.，2002，37 :37-48)通過(guò) sol-gel 的方法將 Cu負(fù)載在TW2表面制成Cu/TiA催化劑并將其用于光催化還原CO2制甲醇研究比較，發(fā)現(xiàn) Cu負(fù)載的TW2催化劑活性要大大好于貴金屬(如Pt、Ag等)負(fù)載的TW2催化劑；^mng等 (Zhang Y G, Ma L L, et al.，Environ. Sci. Technol.，2007，41 :6264-6269)的研究還發(fā)現(xiàn)將雜帶隙且導(dǎo)電電位負(fù)于TW2的半導(dǎo)體Cu2O負(fù)載在TW2上得到的納米Cu2CVTiA復(fù)合催
3化劑具有可見(jiàn)光敏化效應(yīng)。最近，Slamet 等(Slamet, NasutionH W, et al.，World Appl. Sci. J. ,2009,6 :112-122)合成了不同價(jià)態(tài)銅物種(eg. Cu°，Cu1，或Cu11)摻雜的TiO2催化劑，并系統(tǒng)考查了三種催化劑的光催化還原CO2與H2O反應(yīng)合成甲醇性能，發(fā)現(xiàn)CuO (即Cu11 物種)摻雜的TiO2催化劑具有最高的光催化還原活性。然而，到目前為止尚未見(jiàn)關(guān)于CO2 同步吸附捕獲及資源化轉(zhuǎn)化利用的相關(guān)專(zhuān)利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種同步二氧化碳捕獲及資源化利用復(fù)合催化材料及其制備方法。該復(fù)合催化材料具有吸附捕獲CO2和催化(包括光催化)(X)2與水反應(yīng)生成烴、 醇等無(wú)污染的有機(jī)燃料的特性。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制備上述復(fù)合催化材料的方法。本發(fā)明提供的復(fù)合催化材料是一種用于(X)2捕獲及其催化轉(zhuǎn)化資源化利用的雙功能吸附催化材料，由過(guò)渡金屬(Ni或Fe)催化石墨化或部分石墨化的有序中孔碳為載體，Cu 摻雜的納米半導(dǎo)體光催化劑(Ti02、Zn0等)為活性組分。本發(fā)明提供的復(fù)合催化材料，其石墨化或部分石墨化的有序中孔碳載體中存在的少量金屬Ni或!^e在催化還原(X)2與H2O反應(yīng)中也起到重要的作用。本發(fā)明提供的復(fù)合催化材料，采用以下方法合成1.石墨化或部分石墨化有序中孔碳載體的制備(1)參照文獻(xiàn)的方法合成不同結(jié)構(gòu)的有序中孔氧化硅模板二維六方p6m的 SBA-15 (Zhao D, Feng J, et al.，Science, 1998,279 :548-552)和三維立方結(jié)構(gòu) Ia3d 的 KIT-6 (Kleitz F, Choi S H, et al.，Chem. Commun.，2003，2136-2137)。(2)將上述制備的有序中孔氧化硅模板浸漬到0. 05mol/L過(guò)渡金屬(Ni或Fe)硝酸鹽的乙醇水溶液中(乙醇/水體積比為1)，并于35-85°C條件下攪拌干燥5-20小時(shí)，其中使Si與Ni或!^e的摩爾比為20-50。(3)通過(guò)液態(tài)浸漬法將碳源浸漬到步驟1 ( 得到的含附或狗有序中孔氧化硅模板孔道中，然后使其在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下升溫至800-120(TC催化熱解石墨化1-8小時(shí)，最后用NaOH刻蝕去除氧化硅即可得到含過(guò)渡金屬M(fèi)或！^的石墨化或部分石墨化有序中孔碳材料。2.本發(fā)明復(fù)合催化材料的制備(1)配置一定濃度的可溶性鈦鹽和銅鹽、或鋅鹽和銅鹽的無(wú)水乙醇溶液，溶液中 Ti或Zn離子的濃度為0. 1-1. 5mol/L, Cu離子的濃度為0. 001-0. 15mol/L。(2)稱(chēng)取一定量的石墨化或部分石墨化的有序中孔碳，浸漬到上述配置的鈦鹽和銅鹽、或鋅鹽和銅鹽的無(wú)水乙醇溶液中，20-60°C攪拌5-20小時(shí)直至溶劑完全揮發(fā)，然后于 70-120°C干燥 5-10 小時(shí)。(3)將步驟2( 得到的干燥粉末在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下400-600°C熱處理2_6小時(shí)，使活性組分前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為Cu摻雜的納米半導(dǎo)體光催化劑TW2或加0。其中活性組分占總體復(fù)合催化材料質(zhì)量的10-60%，Cu的摻雜量占半導(dǎo)體催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 5-10%。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1稱(chēng)取1. 0克二維六方p6m的SBA-15浸漬到9. 5ml濃度0. 05mol/L的Ni (NO3) 2乙醇水溶液中，并在35-85°C條件下攪拌10小時(shí)直至溶劑完全揮發(fā)干燥。將上述的Ni/SBA-15浸漬到含有1. 25克蔗糖，0. 14克硫酸和5. 0克水的溶液中，充分?jǐn)嚢韬笥?00°C干燥6小時(shí)， 然后在160°C熱處理6小時(shí)，冷卻后再重復(fù)浸漬一次但蔗糖和硫酸的量為原來(lái)的50-60%。 然后將復(fù)合物在氮?dú)鈿夥障?50°C碳化和催化石墨化6小時(shí)，氧化硅用2mol/L的NaOH刻蝕去除，即可得到部分石墨化且含Ni的有序中孔碳CMK-3。稱(chēng)取上述1克部分石墨化且含Ni的有序中孔碳CMK-3，浸漬到15ml含5. 4mmol鈦酸四丁酯和0. 2mmol硝酸銅的無(wú)水乙醇溶液，20_60°C攪拌8小時(shí)直至乙醇完全揮發(fā)，然后于70-120°C干燥5-10小時(shí)。將干燥后的粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C熱處理3小時(shí)，使前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為目標(biāo)活性組分，最終得到的部分石墨化含M的有序中孔碳復(fù)合催化材料中Cu/Ti02 活性組分的含量約為30wt%，摻雜Cu的量占TW2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%。所得的復(fù)合催化材料在常壓下對(duì)CO2(O)2氣體的濃度為6. 5% )的平衡吸附量為 0. 24mmol/g。在25°C下光催化還原6小時(shí)時(shí)，(X)2與H2O反應(yīng)合成甲醇的產(chǎn)率為四00 μ mol/ gcat. ο實(shí)施例2稱(chēng)取1. 0克二維六方p6m的SBA-15浸漬到9. 5ml濃度0. 05mol/L的Ni (NO3) 2乙醇水溶液中，并在35-85°C條件下攪拌10小時(shí)直至溶劑完全揮發(fā)干燥。將上述的Ni/SBA-15浸漬到含有1. 25克蔗糖，0. 14克硫酸和5. 0克水的溶液中，充分?jǐn)嚢韬笥?00°C干燥6小時(shí)， 然后在160°C熱處理6小時(shí)，冷卻后再重復(fù)浸漬一次但蔗糖和硫酸的量為原來(lái)的50-60%。 然后將復(fù)合物在氮?dú)鈿夥障?50°C碳化和催化石墨化6小時(shí)，氧化硅用2mol/L的NaOH刻蝕去除，即可得到部分石墨化且含Ni的有序中孔碳CMK-3。稱(chēng)取上述1克部分石墨化且含Ni的有序中孔碳CMK-3，浸漬到15ml含8. 3mmol鈦酸四丁酯和0. 32mmol硝酸銅的無(wú)水乙醇溶液，20_60°C攪拌8小時(shí)直至乙醇完全揮發(fā)，然后于70-120°C干燥5-10小時(shí)。將干燥后的粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C熱處理3小時(shí)，使前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為目標(biāo)活性組分，最終得到的部分石墨化含M的有序中孔碳復(fù)合催化材料中Cu/Ti02 活性組分的含量約為40wt%，摻雜Cu的量占TW2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%。所得的復(fù)合催化材料在常壓下對(duì)CO2(O)2氣體的濃度為6. 5% )的平衡吸附量為 0. 20mmol/g。在25°C下光催化還原6小時(shí)時(shí)，(X)2與H2O反應(yīng)合成甲醇的產(chǎn)率為3300 μ mol/ g cat. 0實(shí)施例3稱(chēng)取1. 0克二維六方p6m的SBA-15浸漬到9. 5ml濃度0. 05mol/L的!^e (NO3) 3乙醇水溶液中，并在35-85°C條件下攪拌10小時(shí)直至溶劑完全揮發(fā)干燥。將上述的i^e/SBA-15浸漬到含有1. 25克蔗糖，0. 14克硫酸和5. 0克水的溶液中，充分?jǐn)嚢韬笥?00°C干燥6小時(shí)， 然后在160°C熱處理6小時(shí)，冷卻后再重復(fù)浸漬一次但蔗糖和硫酸的量為原來(lái)的50-60%。 然后將復(fù)合物在氮?dú)鈿夥障?50°C碳化和催化石墨化6小時(shí)，氧化硅用2mol/L的NaOH刻蝕去除，即可得到部分石墨化且含狗的有序中孔碳CMK-3。稱(chēng)取上述1克部分石墨化且含!^e的有序中孔碳CMK_3，浸漬到15ml含5. 4mmol鈦酸四丁酯和0. 2mmol硝酸銅的無(wú)水乙醇溶液，20_60°C攪拌8小時(shí)直至乙醇完全揮發(fā)，然后于70-120°C干燥5-10小時(shí)。將干燥后的粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C熱處理3小時(shí)，使前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為目標(biāo)活性組分，最終得到的部分石墨化含狗的有序中孔碳復(fù)合催化材料中Cu/Ti02 活性組分的含量約為30wt%，摻雜Cu的量占TW2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%。所得的復(fù)合催化材料在常壓下對(duì)CO2(O)2氣體的濃度為6. 5% )的平衡吸附量為 0. 28mmol/go在25°C下光催化還原6小時(shí)時(shí)，(X)2與H2O反應(yīng)合成甲醇的產(chǎn)率為3700 μ mol/ g cat. 0實(shí)施例4稱(chēng)取1. 0克二維六方p6m的SBA-15浸漬到9. 5ml濃度0. 05mol/L的Ni (NO3) 2乙醇水溶液中，并在35-85°C條件下攪拌10小時(shí)直至溶劑完全揮發(fā)干燥。將上述的Ni/SBA-15浸漬到含有1. 25克蔗糖，0. 14克硫酸和5. 0克水的溶液中，充分?jǐn)嚢韬笥?00°C干燥6小時(shí)， 然后在160°C熱處理6小時(shí)，冷卻后再重復(fù)浸漬一次但蔗糖和硫酸的量為原來(lái)的50-60%。 然后將復(fù)合物在氮?dú)鈿夥障?50°C碳化和催化石墨化6小時(shí)，氧化硅用2mol/L的NaOH刻蝕去除，即可得到部分石墨化且含Ni的有序中孔碳CMK-3。稱(chēng)取上述1克部分石墨化且含Ni的有序中孔碳CMK-3，浸漬到15ml含5. 3mmol 硝酸鋅和0. 2mmol硝酸銅的無(wú)水乙醇溶液，20_60°C攪拌8小時(shí)直至乙醇完全揮發(fā)，然后于 70-120°C干燥5-10小時(shí)。將干燥后的粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C熱處理3小時(shí)，使前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為目標(biāo)活性組分，最終得到的部分石墨化含M的有序中孔碳復(fù)合催化材料中Cu/ZnO活性組分的含量約為30wt%，摻雜Cu的量占ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%。所得的復(fù)合催化材料在常壓下對(duì)CO2(O)2氣體的濃度為6. 5% )的平衡吸附量為 0. 23mmol/g。在25°C下光催化還原6小時(shí)時(shí)，(X)2與H2O反應(yīng)合成甲醇的產(chǎn)率為3100 μ mol/ g cat. 0實(shí)施例5稱(chēng)取1. 0克二維六方p6m的SBA-15浸漬到9. 5ml濃度0. 05mol/L的!^e (NO3) 3乙醇水溶液中，并在35-85°C條件下攪拌10小時(shí)直至溶劑完全揮發(fā)干燥。將上述的i^e/SBA-15浸漬到含有1. 25克蔗糖，0. 14克硫酸和5. 0克水的溶液中，充分?jǐn)嚢韬笥?00°C干燥6小時(shí)， 然后在160°C熱處理6小時(shí)，冷卻后再重復(fù)浸漬一次但蔗糖和硫酸的量為原來(lái)的50-60%。 然后將復(fù)合物在氮?dú)鈿夥障?50°C碳化和催化石墨化6小時(shí)，氧化硅用2mol/L的NaOH刻蝕去除，即可得到部分石墨化且含狗的有序中孔碳CMK-3。稱(chēng)取上述1克部分石墨化且含!^e的有序中孔碳CMK_3，浸漬到15ml含5. 3mmol 硝酸鋅和0. 2mmol硝酸銅的無(wú)水乙醇溶液，20_60°C攪拌8小時(shí)直至乙醇完全揮發(fā)，然后于 70-120°C干燥5-10小時(shí)。將干燥后的粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C熱處理3小時(shí)，使前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為目標(biāo)活性組分，最終得到的部分石墨化含狗的有序中孔碳復(fù)合催化材料中Cu/ZnO活性組分的含量約為30wt%，摻雜Cu的量占ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%。所得的復(fù)合催化材料在常壓下對(duì)CO2(O)2氣體的濃度為6. 5% )的平衡吸附量為 0. 25mmol/g。在25°C下光催化還原6小時(shí)時(shí)，(X)2與H2O反應(yīng)合成甲醇的產(chǎn)率為3500 μ mol/ g cat. 0實(shí)施例6稱(chēng)取1. 0克三維立方結(jié)構(gòu)Ia3d的KIT-6浸漬到9. 5ml濃度0. 05mol/L的Ni (NO3) 2 乙醇水溶液中，并在35-85°C條件下攪拌10小時(shí)直至溶劑完全揮發(fā)干燥。將上述的Ni/
6SBA-15浸漬到含有1. 25克蔗糖，0. 14克硫酸和5. 0克水的溶液中，充分?jǐn)嚢韬笥?00°C干燥6小時(shí)，然后在160°C熱處理6小時(shí)，冷卻后再重復(fù)浸漬一次但蔗糖和硫酸的量為原來(lái)的 50-60%。然后將復(fù)合物在氮?dú)鈿夥障?50°C碳化和催化石墨化6小時(shí)，氧化硅用2mol/L的 NaOH刻蝕去除，即可得到部分石墨化且含Ni的有序中孔碳CMK-8。稱(chēng)取上述1克部分石墨化且含Ni的有序中孔碳CMK-8，浸漬到15ml含5. 4mmol鈦酸四丁酯和0. 2mmol硝酸銅的無(wú)水乙醇溶液，20_60°C攪拌8小時(shí)直至乙醇完全揮發(fā)，然后于70-120°C干燥5-10小時(shí)。將干燥后的粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C熱處理3小時(shí)，使前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為目標(biāo)活性組分，最終得到的部分石墨化含Ni的有序中孔碳復(fù)合催化材料中Cu/TiA 活性組分的含量約為30wt%，摻雜Cu的量占TW2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%。所得的復(fù)合催化材料在常壓下對(duì)CO2(O)2氣體的濃度為6. 5% )的平衡吸附量為 0. 29mmol/go在25°C下光催化還原6小時(shí)時(shí)，(X)2與H2O反應(yīng)合成甲醇的產(chǎn)率為2700 μ mol/ g cat. 0實(shí)施例7稱(chēng)取1. 0克二維六方p6m的SBA-15浸漬到9. 5ml濃度0. 05mol/L的Ni (NO3) 2乙醇水溶液中，并在35-85°C條件下攪拌10小時(shí)直至溶劑完全揮發(fā)干燥。取1. Og中間相浙青置于陶瓷坩堝中加熱至140°C，待軟化后攪拌0.5小時(shí)。將上述Ni/SBA-15模板加入該熔體中并攪拌，最終生成褐色的復(fù)合固體粉末。將復(fù)合粉末在氮?dú)鈿夥障?00°C碳化和催化石墨化6小時(shí)，氧化硅用2mol/L的NaOH刻蝕去除，即可得到高度石墨化且含Ni的有序中孔碳 CMK-3。稱(chēng)取上述1克高度石墨化且含Ni的有序中孔碳CMK-3，浸漬到15ml含5. 4mmol鈦酸四丁酯和0. 2mmol硝酸銅的無(wú)水乙醇溶液，20-60°C攪拌8小時(shí)直至乙醇完全揮發(fā)，然后于70-120°C干燥5-10小時(shí)。將干燥后的粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C熱處理3小時(shí)，使前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為目標(biāo)活性組分，最終得到的高度石墨化含Ni的有序中孔碳復(fù)合催化材料中Cu/TiA 活性組分的含量約為30wt%，摻雜Cu的量占TW2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%。所得的復(fù)合催化材料在常壓下對(duì)CO2(O)2氣體的濃度為6. 5% )的平衡吸附量為 0. 18mmol/g。在25°C下光催化還原6小時(shí)時(shí)，CO2與H2O反應(yīng)合成甲醇的產(chǎn)率為3900 μ mol/ g cat. 0實(shí)施例8稱(chēng)取1. 0克二維六方p6m的SBA-15浸漬到9. 5ml濃度0. 05mol/L的Fe (NO3) 2乙醇水溶液中，并在35-85°C條件下攪拌10小時(shí)直至溶劑完全揮發(fā)干燥。取1. Og中間相浙青置于陶瓷坩堝中加熱至140°C，待軟化后攪拌0.5小時(shí)。將上述i^e/SBA-15模板加入該熔體中并攪拌，最終生成褐色的復(fù)合固體粉末。將復(fù)合粉末在氮?dú)鈿夥障?00°C碳化和催化石墨化6小時(shí)，氧化硅用2mol/L的NaOH刻蝕去除，即可得到高度石墨化且含！^的有序中孔碳 CMK-3。稱(chēng)取上述1克高度石墨化且含!^e的有序中孔碳CMK_3，浸漬到15ml含5. 3mmol 硝酸鋅和0. 2mmol硝酸銅的無(wú)水乙醇溶液，20_60°C攪拌8小時(shí)直至乙醇完全揮發(fā)，然后于 70-120°C干燥5-10小時(shí)。將干燥后的粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C熱處理3小時(shí)，使前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為目標(biāo)活性組分，最終得到的高度石墨化含狗的有序中孔碳復(fù)合催化材料中Cu/ZnO活性組分的含量約為30wt%，摻雜Cu的量占ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%。
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所得的復(fù)合催化材料在常壓下對(duì)CO2(O)2氣體的濃度為6. 5% )的平衡吸附量為 0. 19mmol/g。在25°C下光催化還原6小時(shí)時(shí)，CO2與H2O反應(yīng)合成甲醇的產(chǎn)率為4200 μ mol/ g cat. ο
權(quán)利要求
1.一種同步捕獲和資源化利用二氧化碳的復(fù)合催化材料及其制備方法，其特征在于采用過(guò)渡金屬(Ni或Fe)催化石墨化或部分石墨化的有序中孔碳為載體，Cu摻雜的納米半導(dǎo)體光催化劑(Ti02、Zn0等)為活性組分。
2.權(quán)利要求1所述的復(fù)合催化材料，其特征在于包括如下步驟(1)石墨化或部分石墨化有序中孔碳的制備。(2)將上述制備的石墨化或部分石墨化有序中孔碳浸漬到含一定量可溶性鈦鹽和銅鹽、或鋅鹽和銅鹽的無(wú)水乙醇溶液中，20-60°C攪拌5-20小時(shí)直至溶劑完全揮發(fā)，然后于 70-120°C干燥 5-10 小時(shí)。(3)將步驟( 得到的干燥粉末在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下400-600°C熱處理2-6小時(shí)，使活性組分前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為Cu摻雜的納米半導(dǎo)體光催化劑TW2或加0。
3.權(quán)利要求2(1)中石墨化或部分石墨化有序中孔碳的制備方法，其特征在于采用硬模板法結(jié)合過(guò)渡金屬(Ni或狗等)催化石墨化的路徑(1)首先合成不同結(jié)構(gòu)的有序中孔氧化硅模板二維六方P6m的SBA-15和三維立方結(jié)構(gòu) Ia3d 的 KIT-6。(2)將上述制備的有序中孔氧化硅模板浸漬到0.05mol/L過(guò)渡金屬(Ni或Fe)硝酸鹽的乙醇水溶液中(乙醇/水體積比為1)，并于35-85°C條件下攪拌干燥5-20小時(shí)，其中使 Si與Ni或!^e的摩爾比為20-50。(3)將碳源浸漬到步驟( 得到的含Ni或狗有序中孔氧化硅模板孔道中，然后使其在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下升溫至700-1200°C催化熱解1-8小時(shí)，最后用NaOH刻蝕去除氧化硅即可得到含過(guò)渡金屬Ni或狗的石墨化或部分石墨化有序中孔碳材料。
4.權(quán)利要求2(2)中的可溶性鈦鹽為四氯化鈦(TiCl4)、乙醇鈦(Ti (OCH2CH3)4)、鈦酸四丁酯(Ti(OCH2CH2CH2CH3)4)中的一種或多種，其溶液中鈦離子的濃度為0. 1-1. 5mol/L ；可溶性鋅鹽為硝酸鋅(Zn(NO3)2)、氯化鋅(SiCl2)、醋酸鋅(Zn(CH3COO)2)中的一種或多種，其溶液中鋅離子的濃度為0. 1-1. 5mol/L ；可溶性的銅鹽為硝酸銅(Cu(NO3)2)、氯化銅(CuCl2)或醋酸銅(Cu(CH3COO)2)，其溶液中Cu離子的濃度為0. 001-0. 15mol/L.
5.權(quán)利要求1所述的復(fù)合催化材料，活性組分Cu摻雜的納米半導(dǎo)體催化劑的負(fù)載量為 10-60wt%，其中Cu的摻雜量占半導(dǎo)體催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 5-10wt%，Cu可能以Cu單質(zhì)、 Cu2O或CuO中的一種或幾種形式存在。
6.權(quán)利要求3所述的石墨化或部分石墨化有序中孔碳的制備方法，其特征在于制備方法3C3)中所用的碳源為蔗糖、苯乙烯、中間相浙青或酚醛樹(shù)脂等的一種或幾種。
7.權(quán)利要求3所述的石墨化或部分石墨化有序中孔碳的制備方法，其特征在于所制備的石墨化或部分石墨化有序中孔碳中摻有少量的過(guò)渡金屬Ni或狗。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種同步捕獲和資源化利用二氧化碳的復(fù)合催化材料及其制備方法。該復(fù)合催化材料是以過(guò)渡金屬(Ni或Fe)催化石墨化或部分石墨化的有序中孔碳為載體，Cu摻雜的納米半導(dǎo)體光催化劑(TiO2、ZnO等)為活性組分，活性組分通過(guò)浸漬法引入，經(jīng)干燥、熱處理等制備步驟即可得到復(fù)合催化材料。該復(fù)合材料在環(huán)境條件下具有高的CO2吸附捕獲能力，并且可催化(包括光催化)CO2與水反應(yīng)生成烴、醇等具有高附加值的有機(jī)燃料。
文檔編號(hào)B01J23/755GK102211026SQ20101014274
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者康詩(shī)飛, 朱培怡, 李溪, 王燕剛 申請(qǐng)人:李溪