甲醇中CuO-TiO2光催化还原CO2制甲酸甲酯

摘要

随着世界经济的进一步发展,由CO2导致的环境问题引起人们的高度重视。由于化石燃料的燃烧,大气中CO2浓度持续增加。如何减少大气中CO2的含量,缓解“温室效应”已成为世界关注的焦点。虽然CO2固存技术每年将几十亿吨CO2存储起来,但可能会引起一系列环境问题。光催化还原CO2具有反应条件温和、对环境友好和利用太阳能等优点,利用CO2合成高附加值的化学品或燃料,实现CO2-化学品、燃料-CO2良性循环,近年来受到普遍关注。本文研究CO2资源利用、光催化合成甲酸甲酯,主要内容如下:
　　 1、采用溶胶凝胶法、利用CTAB制备颗粒小、分散性好的CuO-TiO2复合半导体,研究CuO负载量、制备方式、焙烧温度对其光催化活性的影响。当CuO负载量为1％时,光催化活性较高。采用CTAB制备的光催化剂,颗粒小,表面积大,且CTAB促进催化剂颗粒分散,可有效抑制催化剂团聚。450℃焙烧的催化剂活性较高,焙烧温度过低,催化剂结晶度低,焙烧温度过高,催化剂发生烧结。
　　 2、采用UV-vis DRS、XRD、TEM对催化剂进行表征。CuO负载后复合半导体带隙变窄,吸光区域移动到可见光区域,增加对光能的吸收。XRD分析表明,催化剂为锐钛矿,CuO分散均匀,催化剂颗粒平均粒径为13.8nm。TEM表明,CuO、TiO2复合半导体形成异质结结构,可以促进半导体间的电子转移。
　　 3、在无水、无氧条件下甲醇光催化氧化生成甲酸甲酯,因为甲醇氧化成甲醛,两分子甲醛发生Tishchenko反应生成甲酸甲酯。
　　 4、在甲醇中光催化还原CO2生成甲酸甲酯,甲醇为还原剂,消耗空穴,促进电子-空穴分离,导带上出现更多电子,促进CO2还原。CO2被还原为甲酸与甲醛,甲酸、甲醇及甲醛进一步反应生成甲酸甲酯,CO2促进甲酸甲酯生成。实验中,甲酸甲酯最高生成速率为11420μmol／g／h,光催化还原CO2速率为6632μmol／g／h。