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甲醇中CuO-TiO_2光催化还原CO_2制甲酸甲酯

秦士跃  
【摘要】:随着世界经济的进一步发展,由CO_2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CO_2浓度持续增加。如何减少大气中CO_2的含量,缓解“温室效应”已成为世界关注的焦点。虽然CO_2固存技术每年将几十亿吨CO_2存储起来,但可能会引起一系列环境问题。光催化还原CO_2具有反应条件温和、对环境友好和利用太阳能等优点,利用CO_2合成高附加值的化学品或燃料,实现CO_2—化学品、燃料—CO_2良性循环,近年来受到普遍关注。本文研究CO_2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-TiO_2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、TiO_2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CO_2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CO_2还原。CO_2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,CO_2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CO_2速率为6632μmol/g/h。


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