一种光催化合成氨的方法
【专利摘要】本发明提供了一种光催化合成氨的方法，在反应釜中加入水后，再向反应釜中加入催化剂，超声搅拌混合物；通入氮气，保持磁力搅拌，最后将搅拌均匀后的混合物置于光照的条件下进行反应，取样，分离出催化剂后，用靛酚蓝分光光度法分析溶液中NH4+浓度。本发明的光催化合成氨的方法，实现了常温常压下的氨合成，本发明的光催化合成氨的方法，实现了常温常压下的氨合成，产率高达12019.2微克/克催化剂，相当于Schrauzer提出的有工业化价值标准的8289倍，完全可以从成本方面、环保方面、工艺方面达到工业化生产的要求。
【专利说明】
-种光催化合成氨的方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种合成氨方法，具体设及一种光催化合成氨的方法。
【背景技术】
[0002] 氨气是重要的化工原料，在塑料工业、制碱工业、化肥工业等领域都有广泛的应 用，德国化学家哈伯(F . Haber)解决了反应条件、触媒和机械设备问题，成功地W工业规模 实现了热力学上有利的直接合成氨，成为化学工业史上的里程碑，从而获得了 1918年的诺 贝尔化学奖，但是由于反应条件(500~600°C，200~1000大气压）W及对设备和动力的要求 都比较苛刻，而且，哈伯制氨法，氨气的转化率只有10%~15%，而且生产过程能耗高、污染 重，成本高，因此长期W来，如何在较为溫和的条件下实现固氮作用，一直是化学研究的热 口领域。
[0003] 专利申请CN103108994公开了一种常溫合成氨的方法，在光照的条件下，通过电解 的方法来进行氨气合成，W达到工业生产的浓度要求。但是运种方法需要消耗大量的电能， 生产成本过高，而且，在生产过程中需要用到电解质溶液，会产生大量的工业废水，会对环 境造成严重的影响，因此，在工业上的应用具有很大的局限性，无法进行大规模的工业化生 产。
[0004] 1977年，美国加利福尼亚大学圣地亚哥的G · N · S化rauzer等人利用氮气和水在 触媒上光照射下合成氨初获成功，但是氨气的制备效率很低，达不到工业化生产的目的。近 年来，光催化合成氨方法研究较多，但是所选用的催化剂为金属金属氧化物或金属氧化物 负载贵金属，氨产量实验数据多在几百微克/克·催化剂，虽然能够达到工业化价值标准， 但是产率仍偏低，使得生产成本过高，因此也没有实现大规模的工业化。
[0005] 现有的光催化合成氨技术，通常是将原料混合后再光催化条件下反应，反应时间 超过两小时，催化剂活性就有很大程度的降低，而且又损耗，必须处理后才能继续进行反 应，提高了生产成本。
【发明内容】
[0006] 针对W上问题，本发明提供了一种效率高、成本低、催化剂使用寿命长，适用于工 业化推广的光催化合成氨的方法。
[0007] 本发明的光催化合成氨的方法，合成步骤为：
[000引（1)在反应蓋中加入水后，再向反应蓋中加入催化剂；
[0009] (2)超声揽拌混合物；
[0010] (3)通入氮气，保持磁力揽拌；
[0011] (4)将步骤(2)揽拌均匀后的混合物置于光照的条件下进行反应。
[0012] 本发明的光催化合成氨的方法还包括W下步骤：
[0013] (5)取样，分离出催化剂后，用說酪蓝分光光度法分析溶液中N也+浓度。
[0014] 所述NH4+浓度采用UV-Vis紫外可见光谱仪进行分析，UV-Vis紫外可见光谱仪扫描 波长范围为500-800nm。
[0015] 所述催化剂为Ξ元碱式碳酸祕BSC或负载金的Ξ元碱式碳酸祕Au-BSC。
[0016] 所述催化剂与蒸馈水的质量比为1:1000~1:4000。
[0017] 所述氮气流速为5-50mL/min。
[0018] 所述光照的光源为可见光氣灯，光照强度为1-5个太阳，1个太阳光强度为IW/cm2。
[0019] 本发明的光催化合成氨的方法，实现了常溫常压下的氨合成，在传统光催化合成 氨的基础上，增加了超声波揽拌的步骤，使原料充分混合，使催化剂与原料充分接触，且能 够保证在合成过程中催化剂不会聚集成团，仍能保持较高的活性，降低生产成本；同时本发 明的光催化合成氨的方法，产率高达12019.2微克/克催化剂，相当于Schrauzer提出的有工 业化价值标准的8289倍，完全可W从成本方面、环保方面、工艺方面达到工业化生产的要 求。
【具体实施方式】
[0020] 为了更好地理解本发明，下面通过具体的实施例对本发明作进一步说明。但本发 明并不仅限于W下实施方式。
[0021] 实施例1
[0022] 常溫条件下，在玻璃管反应器中装入20ml蒸馈水，化流量为20mL/min，加入0.02g 催化剂(负载金含量为56.0%)。太阳光强度为1个太阳。光照进行反应，每30min取样5ml分 析NH/浓度，NH/浓度采用UV-Vis紫外可见光谱仪进行分析。UV-Vis紫外可见光谱仪扫描波 长范围为500-800nm。
[0023] 实施例2
[0024] 常溫条件下，在玻璃管反应器中装入20ml蒸馈水，化流量为5mL/min，加入0.0?催 化剂（负载金含量为29.8%)。此处太阳光强度为2个太阳。光照进行反应，每30min取样5ml 分析NH/浓度，NH/浓度采用UV-Vis紫外可见光谱仪进行分析。UV-Vis紫外可见光谱仪扫描 波长范围为500-800nm。
[0025] 实施例3
[0026] 常溫条件下，在玻璃管反应器中装入20ml蒸馈水，化流量为50mL/min，加入0.02g 催化剂(负载金含量为72.0%)。太阳光强度为2个太阳。光照进行反应，每30min取样5ml分 析NH/浓度，NH/浓度采用UV-Vis紫外可见光谱仪进行分析。UV-Vis紫外可见光谱仪扫描波 长范围为500-800nm。
[0027] 实施例4
[002引常溫条件下，在玻璃管反应器中装入20ml蒸馈水，化流量为20mL/min，加入0.02g 催化剂(催化剂为BSC)。太阳光强度为1个太阳。光照进行反应，每30min取样5ml分析NH/浓 度，馳+浓度采用UV-Vis紫外可见光谱仪进行分析。UV-Vis紫外可见光谱仪扫描波长范围为 500-800nm。
[0029] 光催化合成氨的方法NH4+浓度：（单位yg/.g催化剂）
[0030]
[0031]虽然已经用优选实施例详述了本发明，然而其并非用于限定本发明。任何本领域 的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可W作出各种修改与变更。因此 本发明的保护范围应当视为所附的权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种光催化合成氨的方法，合成步骤为： (1) 在反应釜中加入水后，通入氮气； (2) 向反应釜中加入催化剂，搅拌均匀； (3) 超声搅拌混合物 (4) 将步骤(3)搅拌均匀后的混合物置于光照的条件下进行反应。2. 根据权利要求1所述的光催化合成氨的方法，其特征在于:还包括以下步骤： (5) 取样，分理出催化剂后，用靛酚蓝分光光度法分析溶液中NH4+浓度。3. 根据权利要求2所述的光催化合成氨的方法，其特征在于:所述NH4+浓度采用UV-Vis 紫外可见光谱仪进行分析，UV-Vis紫外可见光谱仪扫描波长范围为500-800nm。4. 根据权利要求1-3中任意一条所述的光催化合成氨的方法，其特征在于，所述催化剂 为三元碱式碳酸铋BSC或负载金的三元碱式碳酸铋Au-BSC。5. 根据权利要求4所述的光催化合成氨的方法，其特征在于:所述催化剂与蒸馏水的质 量比为 1:1000 ~1:4000。6. 根据权利要求4所述的光催化合成氨的方法，其特征在于:所述氮气流速为5-50mL/ min〇7. 根据权利要求4所述的光催化合成氨的方法，其特征在于:所述光照的光源为可见光 氙灯，光照强度为1-5个太阳，1个太阳光强度为lW/cm 2。
【文档编号】C01C1/04GK106082270SQ201610403171
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】胡虹
【申请人】南京科技职业学院