转化为合成燃料的方法

转化为合成燃料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及溫室气体(?的处理、转化和再利用领域，具体设及一种室溫下CO2转 化为合成燃料的方法。
【背景技术】
[0002] 二氧化碳是碳基化合物氧化的最终产物，同时也是生物体中碳的重要来源之一。 工业革命W后，随着人类对化石能源的大量消耗，大气中0)2的浓度比起工业革命之前明显 提高。作为溫室气体之一，C〇2在大气中含量的上升会导致大气热量福射减慢，进而导致全 球气溫的上升，即所谓的"溫室效应"。
[0003] 溫室效应显著加速了两极积冰的融化，使海平面迅速升高，人口密集的低海拔地 区因此受到严重威胁。如果全球变暖的趋势不加W控制，在某些地区会导致灾难性的后果。 因此控制C〇2的排放量是人类面临的迫切任务。
[0004] 为了减少c〇2含量升高给全球生态环境带来的严重影响，目前人类采取多种措施 来降低C〇2的排放量，主要的思路有W下两类：第一类是降低CO2的排放量，主要的措施是 采取各种技术手段提高化石能源的利用效率，或者使用绿色清洁能源代替化石燃料；第二 类是胆存或者再利用排放的C〇2,即C〇2捕获和封存技术（CC巧和CO2捕获和再利用技术 (CCU)，把c〇2作为丰富、廉价和无毒的碳源，使之转化为人类可W利用的各种化合物，是一 条变废为宝，行之有效的减排途径，目前得到了人们的广泛关注。
[0005] 目前，C〇2转化再利用的方法可W概括为W下几种：（1)化学转化法，即经过各种化 学反应转化为甲烧、尿素等重要化工原料；（2)光化学催化还原法，即模仿生物体内的过程 还原C02;(3)化学和电化学还原，主要还原为簇酸类和CO;(4)利用生物转化方法转化为醇 类和糖类；（5)与甲烧反应成为C0、&等合成燃料；(6)转化为碳酸盐等无机物。
[0006] 但是，现有的C〇2的转化方法不同程度地面临着反应溫度高，CO2转化效率低，操作 过程可控性差，操作复杂等问题。因此迫切需要开发一种更加简单、便捷、高效、环境友好、 可控性好的C〇2转化方法。

【发明内容】

[0007] 本发明提供了一种操作简单，转化率高，可控性强，低能耗的c〇2气体转化方法；该 方法制备得到的合成燃料主要成分为CH4、&和CO,混合气体的各成分热值高，均在工业生 产中有重要的作用，并且燃烧产生的二氧化碳可W再次转化，循环利用。
[0008] 一种室溫下c〇2转化为合成燃料的方法，包括W下步骤：室溫下，将金属氨化物、金 属侣氨化物、金属棚氨化物中的至少一种与C〇2球磨，获得含邸4、&和CO的合成燃料气体。
[0009] 将金属氨化物、金属侣氨化物、金属棚氨化物中的至少一种与C〇2进行球磨，球磨 的过程中会发生氧化还原反应，可得到含CH4、H2和CO等合成燃料气体。根据球磨原料的不 同，最终产生的合成燃料气体的种类存在一些差别，如：A1&与CO2球磨得到的是合成燃料 气体有C0、&、邸4和C化。
[0010] 具体地，述的金属氨化物为碱金属氨化物、碱±金属氨化物、第=主族金属氨化物 中的至少一种。
[0011] 所述的金属侣氨化物为碱金属侣氨化物、碱±金属侣氨化物中的至少一种。
[0012] 所述的金属棚氨化物为碱金属棚氨化物、碱±金属棚氨化物、过渡金属棚氨化物 中的至少一种。
[0013] 作为优选，所述C〇2气体的压力为0. 1~lOOatm。CO2气体的压力太低，易造成转 换速率慢，转换效率低；C〇2气体的压力太大，对反应器的气密性要求高，存在安全隐患。
[0014] 本发明中只要能提供机械化学力的球磨方式均可，优选地，所述球磨包括行星式 球磨、邸式球磨和振动式球磨。
[0015] 作为优选，所述球磨为行星式球磨或邸式球磨时，球磨条件为：球料比为1~ 150:1，球磨转速为100~600转/分钟，球磨时间为0. 1~70小时。
[0016] 作为优选，所述球磨为振动式球磨时，球磨条件为：球料比为1~150:1，振动频率 为800-1200周/分钟，球磨时间为0. 1~70h。
[0017] 在上述球料比、球磨转速及球磨时间内，可W保证球磨的效率，充分发挥球冲击的 作用，促进氧化还原反应的进行，得到组分比例不同的合成燃料。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0019] 1)本发明方法过程简单，易于操作，可控性强，能耗低且环境友好；
[0020] 2)本发明二氧化碳的转化效率高，并将其转换为可W广泛应用的合成燃料；
[0021] 3)所得合成燃料无需后续处理，可直接做相应的工业应用；
[0022] 4)所得合成燃料经后续处理，可进一步合成液体燃料。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明实施例1中LiH和C〇2球磨制备合成燃料的质谱图。
[0024]图2为本发明实施例2中NaBH4和CO2球磨制备合成燃料的质谱图。 阳02引图3为本发明实施例3中MgHz和CO2球磨制备合成燃料的质谱图。
[0026]图4为本发明实施例4中LiAlH4和CO2球磨制备合成燃料的质谱图。
[0027] 图5为本发明实施例5中NaA化和CO2球磨制备合成燃料的质谱图。
【具体实施方式】 阳0測 实施例1
[0029] 在氣气气氛的手套箱中，称取1.5gLiH,装入带阀口的不诱钢球磨罐中，磨球为不 诱钢球，球料比为60:1。将装有LiH的球磨罐抽真空后充入IOatm的二氧化碳。然后将球 磨罐放在行星式球磨机上，W400转/分钟的转速球磨24小时，C〇2气体基本转变为合成燃 料。
[0030]图1为不同球磨时间后制备得到合成燃料气体的质谱检测结果。结果显示，球磨 化和2地后气体质谱信号中，质荷比为1、2、14、15、16、28的位置存在峰位，质荷比1和2附 近的峰位表明该方法成功合成了 &，质荷比14、15和16附近的峰位表明该方法成功合成了 OV质荷比28附近的峰位表明该方法成功合成了C0。 阳0川实施例2
[0032] 在氮气气氛的手套箱中，称取IgNaBH4,装入带阀口的不诱钢球磨罐中，磨球为不 诱钢球，球料比为90:1。将装有NaBH4的球磨罐抽真空后充入5atm的二氧化碳。然后将球 磨罐放在行星式球磨机上，W450周/分钟的频率球磨12小时，C〇2气体基本转变为合成燃 料。
[0033] 图2为制备得到合成燃料气体的质谱检测结果，结果显示质荷比为1、2、15、16、 28、29的位置存在峰位，质荷比1和2附近的峰位表明该方法成功合成了 &，质荷比15和 16附近的峰位表明该方法成功合成了CH4,质荷比28和29附近的峰位表明该方法成功合 成了C0。
[0034] 实施例3
[0035] 在氣气气氛的手套箱中，称取1.5gMgHz,装入带阀口的不诱钢球磨罐中，磨球为 不诱钢球，球料比为60:1。将装有MgHz的球磨罐抽真空，然后充入IOatm的二氧化碳。然 后将球磨罐放在振动式球磨机上，W600周/分钟的频率球磨6小时，C〇2气体部分转变为 混合合成燃料。
[0036] 图3为制备得到合成燃料气体的质谱检测结果，结果显示质荷比为1、2、14、16、28 和29的位置存在峰位，质荷比1和2附近的峰位表明该方法成功合成了 &，质荷比14和16 附近的峰位表明该方法成功合成了CH4,质荷比28和29附近的峰位表明该方法成功合成了 C0。另外，质荷比44附近的峰位表明该实施例中还存在C〇2残留。
[0037] 实施例4
[0038] 在氣气气氛的手套箱中，称取IgLiAlH4,装入带阀口的不诱钢球磨罐中，磨球为 不诱钢球，球料比为90:1。将装有LiAlH4的球磨罐抽真空，然后充入4atm的二氧化碳。然 后将球磨罐放在邸式球磨机上，W500周/分钟的频率球磨15小时，C〇2气体基本转变为合 成燃料。
[0039] 图4为制备得到合成燃料气体的质谱检测结果，结果显示质荷比为1、2、15、16和 28的位置存在峰位，质荷比1和2附近的峰位表明该方法成功合成了 &，质荷比15和16附 近的峰位表明该方法成功合成了CH4,质荷比28附近的峰位表明该方法成功合成了C0。另 夕F，质荷比44附近的峰位表明该实施例中还存在C〇2残留。 W40] 实施例5
[0041] 在氮气气氛的手套箱中，称取IgNaAlH4,装入带阀口的不诱钢球磨罐中，磨球为 不诱钢球，球料比为100 :1。将装有NaAlH4的球磨罐抽真空，然后充入12atm的二氧化碳。 然后将球磨罐放在行星式球磨机上，W420周/分钟的频率球磨12小时，C〇2气体基本转变 为合成燃料。
[0042] 图5为制备得到合成燃料气体的质谱检测结果，结果显示质荷比为1、2、14、15、 16、28的位置存在峰位，1和2附近的峰位表明该方法成功合成了 &，14、15和16附近的峰 位表明该方法成功合成了CH4, 28附近的峰位表明该方法成功合成了C0。另外，质荷比44 附近的峰位表明该实施例中还存在C〇2残留。
[0043] 实施例6~13
[0044] 与实施例1的方法相同，仅对金属氨化物、金属侣氨化物或金属棚氨化物的种类 和二氧化碳气氛压力做相应改变。表1列出了不同氨化物的种类和二氧化碳压力下制备得 到的混合气体成分。
[0045] 表I不同氨化物的种类和二氧化碳压力下制备得到的混合气体成分。
[0048] 由表1中数据可W看到，利用本发明方法可W在室溫下通过各类金属氨化物、金 属侣氨化物或金属棚氨化物与C〇2之间的机械化学反应将CO2转化为合成燃料。
【主权项】
1. 一种室温下CO2转化为合成燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：室温下，金属 氢化物、金属铝氢化物、金属硼氢化物中的至少一种与C02球磨，获得含CH4、HjPC0的合成 燃料气体。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属氢化物为碱金属氢化物、碱土金 属氢化物、第三主族金属氢化物中的至少一种。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属铝氢化物为碱金属铝氢化物、碱 土金属铝氢化物中的至少一种。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属硼氢化物为碱金属硼氢化物、碱 土金属硼氢化物、过渡金属硼氢化物中的至少一种。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述C0 2气体的压力为0. 1~lOOatm。6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的球磨包括行星式球磨、卧式球磨和振 动式球磨。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述球磨为行星式球磨或卧式球磨时，球磨 条件为：球料比为1~150:1，球磨转速为100~600转/分钟，球磨时间为0. 1~70小时。8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述球磨为振动式球磨时，球磨条件为：球 料比为1~150:1，振动频率为800-1200周/分钟，球磨时间为0. 1~70h。
【专利摘要】本发明公开了一种室温下CO2转化为合成燃料的方法，包括以下步骤：室温下，金属氢化物、金属铝氢化物、金属硼氢化物中的至少一种与CO2球磨，获得含CH4、H2和CO的合成燃料气体。该方法中CO2转化效率高，室温下即可实现，反应过程可控性强，易于操作，利于规模化生产，且制备得到的合成燃料的燃烧产物为二氧化碳和水，可再次循环使用，对环境友好；合成燃料也可进一步反应，生成液体燃料。
【IPC分类】C10L3/00
【公开号】CN105296031
【申请号】CN201510683972
【发明人】刘永锋, 蒲凯超, 杨亚雄, 潘洪革, 高明霞
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月20日