转化成甲醇的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及能源与环境领域，具体地，涉及一种光纤式光催化反应器和将CO2转化成甲醇的方法。
【背景技术】
[0002]大量温室气体如C02、CH4等的排放引起的温室效应已成为全球关注热点。近年来，人类生产活动引起的大气中C02浓度的增加已加速了温室效应对全球气候的影响，如何有效地控制CO2排放已成为各国的当务之急。由于煤炭是我国最主要的一次能源，我国0)2的排放主要来自于燃煤，这其中又以燃煤电厂为主，因此，找到一种有效控制电厂CO2排放的技术迫在眉睫。
[0003]目前，燃煤CO2排放控制技术主要分为三大类:一类是燃后控制技术，包括化学方法、物理方法等；一类是燃前控制技术，主要是煤气化技术;一类是富氧燃烧技术。各种CO2控制方法存在的问题有:能耗高、成本高、回收的(》2利用率低。
[0004]利用光催化还原的方法将富氧燃烧烟气中的高浓度CO2转化为甲醇等燃料是一种颇具潜力的减排并同时利用CO2的有效办法。它采用半导体材料(一般是锐钛矿型的T12)作为催化剂，当能量高于半导体禁带宽度的光照射到催化剂表面时，就会激发半导体内的电子从价带跃迀至导带，形成具有很强活性的电子空穴对，使得CO2的还原反应得以进行。该方法能耗低、成本低、无污染，在降低CO2排放的同时还实现了 CO2的资源化利用。
[0005]其中，光催化反应器对光催化还原CO2的效率及甲醇产率有重要影响，但是现有光反应器，例如悬浮液反应器、常规固定床反应器存在催化剂光利用率低、比表面积小、难以回收等缺点，不利于光催化反应的进行。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种光纤式光催化反应器和一种将C02转化成甲醇的方法。
[0007]为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种光纤式光催化反应器，该光纤式光催化反应器包括光源和反应桶，所述反应桶上设置有物料进口和物料出口，在反应桶中沿长度方向设置有负载有稀土改性的二氧化钛的光纤，所述反应桶的两端均设置有密封板，且至少一端的密封板上设置有石英玻璃片，所述光源设置在设有石英玻璃片的反应桶的至少一端的外部，用于将光束通过所述石英玻璃片射入反应桶内，其中，所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤包括光纤和包覆于光纤外表面的掺杂有稀土的二氧化钛层。
[0008]第二方面，本发明提供了一种将⑶2转化成甲醇的方法，所述方法包括:将含有⑶2的物料供给至本发明所述的光纤式光催化反应器中，进行光催化还原反应以将CO2转化成甲醇。
[0009]本发明的光纤式光催化反应器，为一种能够提高甲醇产率、内部设置有负载稀土改性的纳米T12层的光纤的结构紧凑型光纤式光催化反应器，用于将含有CO2的物料(如富氧烟气)中的CO2转化成甲醇，甲醇产率高(本发明的甲醇产率均在200ymol/h/g(即每克催化剂每小时制备得到200μηιο1甲醇)以上，可高达500ymol/h/g，而现有方法中甲醇产率一般低于ΙΟΟμπιοΙ/h/g)、光利用率高、催化剂比表面积大、易回收、能耗低、成本低、无污染，在降低CO2排放的同时还实现了CO2的资源化利用。具体地，在本发明中，⑴在光纤外表面负载稀土改性的纳米T12层，使得催化剂在CO2转化甲醇的光催化还原反应中具有更高的催化活性。(2)催化剂直接负载在光纤表面，避免了传统的固定式光催化反应器中存在的反应介质对光的吸收和散射，光利用率大大提高;催化剂的表面积也大大提高，增强了反应器的处理能力。(3)根据本发明的一种优选的实施方式，本发明中采用双光源，能够提供更强、更均匀的侧面发光强度。(4)根据本发明的一种优选的实施方式，本发明中反应器的内壁设置有铝箔反光层，提高了光利用率;反应器的外部包覆有加热带，便于控制反应器温度及产物收集。(5)根据本发明的一种优选的实施方式，本发明采用光纤固定架固定光纤，能够使光纤均匀地布置于反应器中，也使得光纤拆卸更为灵活、方便;另外，光纤固定架还能够促进CO2气流与光纤外表面的稀土改性的二氧化钛充分接触，提高传质效果和反应速率。
[0010]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0011]图1是本发明实施例1中光纤式光催化反应器的结构示意图。
[0012]图2是本发明实施例1中的光纤固定架的俯视图。
[0013]附图标记说明
[0014]I为光源;2为反应桶;21为物料进口 ；22为物料出口；3为负载有稀土改性的二氧化钛的光纤;4为光纤固定架;41为圆形架体;42为隔板;43为光纤固定孔;5为密封板;6为石英玻璃片。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图1-2对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0016]第一方面，本发明提供了一种光纤式光催化反应器，如图1所示，该光纤式光催化反应器包括光源I和反应桶2，所述反应桶2上设置有物料进口 21和物料出口 22，在反应桶2中沿长度方向设置有负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3，所述反应桶2的两端均设置有密封板5，且至少一端的密封板5上设置有石英玻璃片6，所述光源I设置在设有石英玻璃片6的反应桶2的至少一端的外部，用于将光束通过所述石英玻璃片6射入反应桶2内，其中，所述负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3包括光纤和包覆于光纤外表面的掺杂有稀土的二氧化钦层。
[0017]本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，密封板5和石英玻璃片6均为圆形，且石英玻璃片6的直径小于密封板5的直径。其中，对于密封板5和石英玻璃片6的具体大小，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整，此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
[0018]本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，在反应桶2两端的密封板5上均设置有石英玻璃片6，且光源I的个数为2个，分别设置在反应桶2的两端的外部。
[0019]本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，密封板5为不锈钢板。
[0020]本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，光源I为人造光源和/或自然光源。根据实际情况，光源可在人造光源和自然光源之间替换，对于人造光源没有特别的限定，可以根据催化剂的种类选择不同光源，包括氙灯、汞灯等。
[0021]本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，光源I通过聚光透镜将光束射入反应桶2内。
[0022]本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，反应桶2内设置有光纤固定架4，所述光纤固定架4包括分别设置在反应桶2两端的圆形架体41和连接两个所述圆形架体41的隔板42，在所述圆形架体41上设置有光纤固定孔43(如图2所示)，用于将光纤3进行固定。
[0023]本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，圆形架体41的直径不大于石英玻璃片6的直径。
[0024]本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，反应桶2的内壁设置有铝箔反光层。
[0025]本发明的光纤式光催化反应器中，优选情况下，反应桶2的外部设置有加热带。
[0026]本发明的光纤式光催化反应器中，本领域技术人员应该理解的是，负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3包括光纤和包覆于光纤外表面的掺杂有稀土的二氧化钛层，其中，负载有稀土改性的二氧化钛的光纤3中包括的光纤为未包覆掺杂有稀土的二氧化钛层的光纤。
[0027]第二方面，本发明提供了一种将⑶2转化成甲醇的方法，所述方法包括:将含有⑶2的物料供给至本发明所述的光纤式光催化反应器中，进行光催化还原反应以将CO2转化成甲醇。
[0028]本发明的方法中，优选情况下，光催化还原反应的条件包括:温度为15_180°C，光照强度为10-25mW/cm2，含有CO2的物料的流量为5-20ml/min，进一步优选地，在含有CO2的物料中，CO2的含量为85-90体积％，H20的含量为5-12体积％。其中，在含有⑶2的物料中，除了COdPH2O外，其余组分主要为氧气和氮气。
[0029]本发明的方法中，含有CO2的物料可以为含有水和高浓度CO2的各种来源的含有CO2的物料，如来自燃煤电厂的富氧烟气。
[0030]本发明的方法中，优选情况下，该方法还包括通过以下方法制备负载有稀土改性的二氧化钛的光纤，该制备负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法包括:去除光纤表面的有机包覆层，将去除了有机包覆层的光纤全部浸入掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中，静置，然后取出光纤并依次进行成膜处理、干燥处理和煅烧处理。
[0031]本发明的方法中，对于去除光纤表面的有机包覆层的方法没有特别的限定，可以为本领域常用的各种方法，例如可以通过灼烧的方式去除光纤表面的有机包覆层。
[0032]本发明的方法中，为了提高稀土改性的二氧化钛在光纤外表面的负载效果，优选情况下，静置的时间为20-40min。
[0033]本发明的方法中，为了提高稀土改性的二氧化钛在光纤外表面的负载效果，优选情况下，取出光纤的方法包括:将光纤在掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中保持垂直状态，以20-40mm/min的速度从掺杂