CN113117672A - 一种支链烷烃重整光热催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种支链烷烃重整光热催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113117672A
CN113117672A CN202110391538.XA CN202110391538A CN113117672A CN 113117672 A CN113117672 A CN 113117672A CN 202110391538 A CN202110391538 A CN 202110391538A CN 113117672 A CN113117672 A CN 113117672A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tio
catalyst
photo
temperature
reforming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110391538.XA
Other languages
English (en)
Inventor
员汝胜
蒋朋
葛华启
覃楠芳
徐春旺
马雄风
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN202110391538.XA priority Critical patent/CN113117672A/zh
Publication of CN113117672A publication Critical patent/CN113117672A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/46Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
    • B01J23/464Rhodium
    • B01J35/39
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/40Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts characterised by the catalyst
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

本发明属于光热催化支链烷烃重整制合成气(H2、CO)技术领域,公开了一种Rh负载缺陷态TiO2‑x光热催化支链烷烃重整制合成气的方法,具体涉Rh负载缺陷态TiO2‑x光热催化支链烷烃重整制合成气的方法。在不同温度下采用氢气还原Rh NPs负载的TiO2载体,引入不同浓度的氧空位到TiO2载体获得缺陷态Rh/TiO2,使其光学性质得以调控,进而调控其光热催化活性。然后将所得催化剂内置于自主设计反应装置中,在全波段氙灯灯光激发下达到高效光热催化支链烷烃重整制合成气(H2、CO)的目的。本催化剂材料制备简单、处理性能优异,且反应条件相对温和,具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种支链烷烃重整光热催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于光热催化支链烷烃重整制合成气(H2、CO)技术领域,具体涉及支链烷烃重整光热催化剂制备方法及其应用。
背景技术
甲烷是天然气和沼气的主要成分,随着全球原油和煤炭资源消耗量逐年增加,甲烷作为高价值化学品的生产原料替补和高级燃料的新来源,受到广泛关注。特别是最近全球探测到大量的页岩气、甲烷水合物和煤层气资源,这为全球减少对原油和煤炭资源的依赖提供了可能性。根据《BP世界能源统计》数据,2017年全球已发现天然气储量总和高达36804亿立方米。但是甲烷资源开采区大多位置偏远,如果运输到工业区就必须将甲烷进行液化储存,这不仅大大增加了甲烷利用的经济成本,也增加了甲烷利用的技术难度。因此,将甲烷在开采区直接转化为高附加值化学品的工业生产技术成为了科研工作者们研究的热点。
支链烷烃重整反应不仅利用了CH4,还利用了温室气体CO2,在减轻温室效应和保护环境方面有不可估量的价值,而且反应产生的合成气(CO和H2)可用于F-T合成优质长链烃或者直接用作羰基化合成的原料气,实现了太阳能到化学能的转化,具有巨大的经济效益,将引发传统能源化工行业原料来源的变革,形成低碳绿色产业的新增长点。
太阳能是最丰富的可再生能源,因此利用半导体和/或等离激元金属纳米结构在温和条件下采用光催化手段驱动甲烷转化技术具有广阔的应用前景。甲烷重整催化剂的研究主要集中在负载型第VII族过渡金属催化剂,活性组分主要包括贵金属Pt/Pd/Rh/Ru/Ir)和非贵金属(Fe/Co/Ni/Cu)。甲烷二氧化碳重整反应活性主要由反应条件和催化剂性质决定,催化剂对重整反应的活性由载体、活性金属,载体与活性金属之间的相互作用等因素决定。与其他过渡金属相比,铑具有较好的反应活性,抗积碳能力和化学稳定性。TiO2是常见的n型半导体,具有廉价,无毒性的优点,常作为光催化剂的载体。但由于TiO2带隙较宽(3.2eV),它只能被波长小于387.5nm的紫外光激发且光生电子-空穴对的复合率较高。因此,在TiO2晶格中引入缺陷例如氧空位就成为了一个更有前景的改性方法。缺陷位引入可以调变TiO2能带结构,这增强了TiO2可见光吸收能力,光吸收能力增强可以激发产生更多光生载流子,而适量的缺陷会引入中间态Ti3+,该中间态可以作为光生载流子捕获中心从而降低光生电子-空穴复合概率。黑色TiO2纳米颗粒与普通的TiO2相比,黑色TiO2纳米颗粒对太阳光吸收能力增强,光催化性能更高。已有多种方法被开发出用于合成不同尺寸,形状和形态的黑色TiO2纳米材料,例如作为氢气热处理,化学还原法,化学氧化和电化学还原法。
因此我们将RhNPs负载载体TiO2并通过氢气还原引入氧空位对其进行改性用于光热催化支链烷烃重整反应。光热催化是一种有着广阔应用前景的催化方式,光场和热场协同促进CH4和CO2分子的活化,比光催化具有更高的催化活性,比热催化反应具有更低温度。
发明内容
本发明目的在于提供一种Rh NPs负载缺陷态TiO2-x光热催化支链烷烃重整制合成气的方法。采用浸渍法将Rh NPs负载于TiO2载体上,经过煅烧后再在不同温度下用氢气还原制得缺陷态Rh/TiO2-x,将催化材料放置于自制反应器中,在全波段氙灯辐照条件下实现支链烷烃重整制合成气(H2、CO)。本催化剂材料制备方法简单、处理性能优异,具有显著的经济效益和社会效益。
为实现上述发明目的,本发明是通过如下技术方案实施的:
一种缺陷态Rh/TiO2-x光热催化支链烷烃重整催化剂的制备方法,具体步骤为:
(1)TiO2载体的制备
用钛酸异丙酯的水解反应制备TiO2载体。首先量取去离子水置于烧杯中,在冰水浴中不断搅拌,待烧杯中溶液温度降至0℃,滴入钛酸异丙酯,继续搅拌30min,然后将所得悬浮液进行离心分离得白色固体,用去离子水清洗5次后放在80℃真空干燥烘箱中干燥12h,研磨成粉末放在马弗炉中高温煅烧30min,升温速率1℃/min;
(2)Rh/TiO2催化剂的制备
称取1g上述步骤(1)制备的TiO2样品加入250mL烧杯中,再加入铑金属盐溶液和去离子水,磁力搅拌12h后将烧杯放在60℃水浴锅中边搅拌边蒸干,待烧杯中水完全蒸干,将烧杯连带样品放在60℃的真空干燥烘箱中干燥12h。然后将完全干燥的样品刮下,研磨成粉末,放在马弗炉中指定温度煅烧6h,升温速率2℃/min;
(3)缺陷态Rh/TiO2催化剂的制备
取800mg在上述步骤(2)中制备的Rh/TiO2样品置于管式炉内部在氢气气氛下升温至指定温度还原2h,升温速率10℃/min;制备获得所述催化剂。
其中,步骤(1)中,钛酸异丙酯与去离子水体积比为5:1~1:1。
其中,步骤(1)煅烧温度为350~550℃。
其中,步骤(2)Rh/TiO2催化剂中Rh NPs的质量分数为0.5~5wt%
其中,步骤(2)煅烧温度为350~550℃。
其中,步骤(3)在氢气气氛下升还原温度为350~550℃。
所述光热催化甲烷二氧化碳重整制合成气的具体步骤如下:
在定制的2×1.5×0.1cm的长方形石英三通反应器中装入0.2g经过筛选目数为40~60目的Rh/TiO2的光热催化剂,在2.0mW/cm2的全波段氙灯辐照下,常压下通入摩尔比为1:1的支链烷烃气体。将光热催化的产物用气相色谱进行分析,通过保留时间和峰面积进行定性定量。
本发明的优点在于:
1)本发明采用缺陷态Rh/TiO2催化剂,原材料廉价易得不并且具有良好的光催化活性;在光热催化实验中,缺陷态Rh/TiO2-x催化剂在光的照射下可达到在短时间内升高反应体系温度,光热协同实现支链烷烃重整制合成气(H2、CO);
2)本发明采用氙灯光照条件,反应条件温和,减少环境污染,降低反应成本;
3)本发明实验条件温和,绿色环保,工艺简单,操作方法简单易行,有利于推广应用。
附图说明
图1Rh/TiO2催化剂在不同TiO2煅烧温度下的XRD表征图谱,图谱显示H2还原后,Rh/TiO2的特征衍射峰未发生明显变化,这说明氧空位只是分布在Rh/TiO2表面,没有掺入TiO2晶格内部,说明经过氢气还原后催化剂的晶相结构没有明显变化。
图2xH2-Rh/TiO2催化剂(x代表氢气还原温度,单位℃)氮气吸附/脱附等温线,xH2-Rh/TiO2催化剂的氮气等温吸/脱附曲线均为墨水瓶状,是典型的IV型氮气等温吸/脱附曲线,这说明H2还原后Rh/TiO2催化剂依然保持介孔结构。
图3xH2-Rh/TiO2催化剂光热温度随时间变化曲线(x代表氢气还原温度,单位℃),说明xH2-Rh/TiO2催化剂的光热催化活性随着氢气还原温度升高呈现先增加后降低的趋势,450℃是最佳氢气还原温度。
具体实施方式
下面列举实施例进一步说明本发明。
实施例1
1.一种450℃氢气还原的Rh负载量为1wt%,Er负载量为0.82wt%的Rh NPs负载缺陷态TiO2光热催化支链烷烃重整制合成气的方法,具体步骤为:
1)TiO2载体的制备
用钛酸异丙酯的水解反应制备TiO2载体。首先量取120ml的去离子水置于250ml烧杯中,在冰水浴中不断搅拌,待烧杯中溶液温度降至0℃,滴入40ml钛酸异丙酯,继续搅拌30min,然后将所得悬浮液进行离心分离得白色固体,用去离子水清洗5次后放在80℃真空干燥烘箱中干燥12h,研磨成粉末放在马弗炉中450℃煅烧30min,升温速率1℃/min;
2)Rh/TiO2催化剂的制备
称取1g上述步骤制备的TiO2样品加入250mL烧杯中,再加入1wt%Rh金属盐溶液和10mL去离子水,磁力搅拌12h后将烧杯放在60℃水浴锅中边搅拌边蒸干,待烧杯中水完全蒸干,将烧杯连带样品放在60℃的真空干燥烘箱中干燥12h。然后将完全干燥的样品刮下,研磨成粉末,放在马弗炉中指定温度450℃煅烧6h,升温速率2℃/min;
3)缺陷态Rh/TiO2催化剂的制备
取800mg在上述步骤2中制备的Rh/TiO2样品置于管式炉内部并在氢气气氛下升温至450℃还原2h,升温速率10℃/min;
2.活性测试:光热催化甲烷二氧化碳重整制合成气的具体步骤如下:
(1)在定制的2*1.5*0.1cm的长方形石英三通反应器中装入0.2g经过筛选目数为60-80目的Rh/TiO2的金属光热催化剂,在2.0mW/cm2氙灯全光光段辐照下,常压下通入摩尔含量比为1:1的支链烷烃气体。
(2)将光热催化的产物用气相色谱进行分析,通过保留时间和峰面积进行定性定量。
实施例2
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同点在于钛酸异丙酯和去离子水体积比为1:1。
实施例3
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同点在于钛酸异丙酯和去离子水体积比为1:2。
实施例4
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同点在于钛酸异丙酯和去离子水体积比为1:4。
实施例5
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于钛酸异丙酯和去离子水体积比为1:5。
实施例6
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为350℃。
实施例7
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为350℃。
实施例8
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为350℃。
实施例9
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为350℃。
实施例10
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为350℃。
实施例11
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为400℃。
实施例12
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为400℃。
实施例13
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为400℃。
实施例14
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为400℃。
实施例15
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为400℃。
实施例16
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为500℃。
实施例17
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为500℃。
实施例18
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为500℃。
实施例19
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为500℃。
实施例20
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为500℃。
实施例21
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为550℃。
实施例22
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为550℃。
实施例23
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为550℃。
实施例24
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为550℃。
实施例25
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为550℃。
实施例26
具体实验方法与本部分实例1的2)基本相同,不同之处在于将负载Rh NPs的质量分数改为0.5wt%。
实施例27
具体实验方法与本部分实例1的2)基本相同,不同之处在于将负载Rh NPs的质量分数改为1.5wt%。
实施例28
具体实验方法与本部分实例1的2)基本相同,不同之处在于将负载Rh NPs的质量分数改为2wt%。
实施例29
具体实验方法与本部分实例1的2)基本相同,不同之处在于将负载Rh NPs的质量分数改为2.5wt%。
实施例30
具体实验方法与本部分实例1的2)基本相同,不同之处在于将负载Rh NPs的质量分数改为3wt%。
实施例31
具体实验方法与本部分实例1的2)基本相同,不同之处在于将负载Rh NPs的质量分数改为3.5wt%。
实施例32
具体实验方法与本部分实例1的2)基本相同,不同之处在于将负载Rh NPs的质量分数改为4wt%。
实施例33
具体实验方法与本部分实例1的2)基本相同,不同之处在于将负载Rh NPs的质量分数改为4.5wt%。
实施例34
具体实验方法与本部分实例1的2)基本相同,不同之处在于将负载Rh NPs的质量分数改为5wt%。
实施例35
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为350℃。
实施例36
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为350℃。
实施例37
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为350℃。
实施例38
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为350℃。
实施例39
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为350℃。
实施例40
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为400℃。
实施例41
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为400℃。
实施例42
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为400℃。
实施例43
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为400℃。
实施例44
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为400℃。
实施例45
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为500℃。
实施例46
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为500℃。
实施例47
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为500℃。
实施例48
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为500℃。
实施例49
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为500℃。
实施例50
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为550℃。
实施例51
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为550℃。
实施例52
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为550℃。
实施例53
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为550℃。
实施例54
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于Rh/TiO2粉末在马弗炉中的煅烧温度为550℃。
实施例55
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为350℃。
实施例56
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为350℃。
实施例57
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为350℃。
实施例58
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为350℃。
实施例59
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为350℃。
实施例60
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为400℃。
实施例61
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为400℃。
实施例62
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为400℃。
实施例63
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为400℃。
实施例64
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为400℃。
实施例65
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为500℃。
实施例66
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为500℃。
实施例67
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为500℃。
实施例68
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为500℃。
实施例69
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为500℃。
实施例70
具体实验方法与本部分实例1的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为550℃。
实施例71
具体实验方法与本部分实例2的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为550℃。
实施例72
具体实验方法与本部分实例3的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为550℃。
实施例73
具体实验方法与本部分实例4的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为550℃。
实施例74
具体实验方法与本部分实例5的1)基本相同,不同之处在于将氢气还原Rh/TiO2的温度为550℃。
表1:采用不同条件制备的光热催化剂催化CH4/CO2重整反应制合成气
Figure BDA0003016923280000121
Figure BDA0003016923280000131
Figure BDA0003016923280000141
Figure BDA0003016923280000151
分析表1数据可得出H2还原的以上数据表明:
(1)TiO2的煅烧温度为450℃具有最高光热催化活性,这可能是因为450℃煅烧的TiO2具有最高的光吸收能力和相对较大的比表面积,因此Rh活性组分在TiO2载体表面分散度较高,催化剂整体光吸收能力最佳。
(2)Rh/TiO2催化剂中Rh NPs的质量分数1wt%时具有最佳光热催化制合成气活性,随着Rh金属离子负载量继续增加,Rh/TiO2光热温度不断下降,光热催化活性也随之降低了。这可能是因为随着Rh负载量增加,Rh活性组分在在载体表面的分散度降低,颗粒尺寸变大,暴露的活性位点变少,因此Rh负载量过高催化剂的光热温度降低和光热催化活性反而降低。
(3)随着H2还原温度上升,催化剂表面氧空位数量上升,光吸收能力增强,催化活性提高,但是活性提高幅度很小(<30%),且当催化剂表面氧空位数目过高时,光热催化活性降低。这是因为氧空位数目提高在提高催化剂可见光光吸收能力同时,也会降低Rh电子密度,且过高的H2还原温度会导致催化剂比表面积下降,活性位点减少,反应活性下降。因此,450℃是最佳H2还原处理温度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属于本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种支链烷烃重整光热催化剂,其特征在于:采用浸渍法将Rh NPs负载于TiO2载体上,然后将经过煅烧获得的Rh/TiO2在不同温度下用氢气还原,制得缺陷态Rh/TiO2,制备得到所述催化剂。
2.如权利要求1所述的一种支链烷烃重整光热催化剂的制备方法,其特征在于:具体制备步骤包括:
(1)TiO2载体的制备
用钛酸异丙酯的水解反应制备TiO2载体:首先量取去离子水置于烧杯中,在冰水浴中不断搅拌滴入钛酸异丙酯,继续搅拌,然后将所得悬浮液进行离心分离得白色固体,用去离子水清洗5次后放在80 ℃真空干燥烘箱中干燥12 h,研磨成粉末放在马弗炉中高温煅烧30min;
(2)Rh/TiO2催化剂的制备
称取上述步骤(1)制备的TiO2样品加入烧杯中,再加入铑金属盐溶液和去离子水,磁力搅拌12 h后将烧杯放在60 ℃水浴锅中边搅拌边蒸干,待烧杯中水完全蒸干,将烧杯连带样品放在60 ℃的真空干燥烘箱中干燥12 h;然后将完全干燥的样品刮下,研磨成粉末,放在马弗炉中指定温度煅烧6 h;
(3)缺陷态Rh/TiO2催化剂的制备
取上述步骤(2)中制备的Rh/TiO2样品置于管式炉内部在氢气气氛下升温至指定温度还原2 h;制备得到所述催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种支链烷烃重整光热催化剂的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)钛酸异丙酯与去离子水体积比例为5:1~1:1。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述钛酸异丙酯与去离子水在冰水浴0℃以下搅拌30 min。
5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述高温煅烧温度为350~550℃,升温速率1 ℃/min。
6.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述Rh/TiO2催化剂中Rh NPs的质量分数为0.5~5 wt%。
7.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)煅烧温度为350~550 ℃,升温速率2 ℃/min。
8.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤(3)所述在氢气气氛下还原温度为350~550 ℃,升温速率10 ℃/min。
9.如权利要求1所述一种支链烷烃重整光热催化剂在光热催化甲烷二氧化碳重整制合成气上的应用。
10.如权利要求9所述的应用,其特征在于:具体步骤为:在定制的2×1.5×0.1cm的长方形石英三通反应器中装入0.2 g经过筛选目数为40~60目的所述支链烷烃重整光热催化剂,在2.0 mW/cm2的全波段氙灯辐照下,常压下通入摩尔比为1:1的支链烷烃气体;将光热催化的产物用气相色谱进行分析,通过保留时间和峰面积进行定性定量。
CN202110391538.XA 2021-04-13 2021-04-13 一种支链烷烃重整光热催化剂及其制备方法和应用 Pending CN113117672A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110391538.XA CN113117672A (zh) 2021-04-13 2021-04-13 一种支链烷烃重整光热催化剂及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110391538.XA CN113117672A (zh) 2021-04-13 2021-04-13 一种支链烷烃重整光热催化剂及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113117672A true CN113117672A (zh) 2021-07-16

Family

ID=76775842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110391538.XA Pending CN113117672A (zh) 2021-04-13 2021-04-13 一种支链烷烃重整光热催化剂及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113117672A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115957749A (zh) * 2023-01-16 2023-04-14 福州大学 铂负载的二氧化钛复合光催化剂及其制备方法和在致害污染物降解中的应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01224337A (ja) * 1988-03-02 1989-09-07 Agency Of Ind Science & Technol クロロフルオロメタンの不均化及び分解反応用触媒
CN105195138A (zh) * 2015-09-17 2015-12-30 福州大学 一种可见光响应的负载型Ru催化剂
CN107115861A (zh) * 2017-05-16 2017-09-01 嘉兴学院 一种Au‑TiO2‑x催化剂及其应用
CN107649124A (zh) * 2016-07-25 2018-02-02 中国科学院大连化学物理研究所 一种单原子分散贵金属催化剂及其应用
CN108686635A (zh) * 2018-05-09 2018-10-23 南通龙翔新材料科技股份有限公司 一种二氧化钛负载钌催化剂及其制备方法
CN108940383A (zh) * 2017-05-17 2018-12-07 上海交通大学 负载型还原态贵金属催化剂的制备方法
CN108940308A (zh) * 2018-07-18 2018-12-07 福州大学 一种铂钴复合金属光热催化剂的制备及其在甲烷二氧化碳重整中的应用
CN110292937A (zh) * 2018-03-21 2019-10-01 天津大学 一种负载于二氧化钛纳米棒上的Rh基催化剂及其制备方法和应用
CN111111669A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 西安交通大学 一种中高温甲烷干重整的介孔光热催化剂及其制备方法和应用

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01224337A (ja) * 1988-03-02 1989-09-07 Agency Of Ind Science & Technol クロロフルオロメタンの不均化及び分解反応用触媒
CN105195138A (zh) * 2015-09-17 2015-12-30 福州大学 一种可见光响应的负载型Ru催化剂
CN107649124A (zh) * 2016-07-25 2018-02-02 中国科学院大连化学物理研究所 一种单原子分散贵金属催化剂及其应用
CN107115861A (zh) * 2017-05-16 2017-09-01 嘉兴学院 一种Au‑TiO2‑x催化剂及其应用
CN108940383A (zh) * 2017-05-17 2018-12-07 上海交通大学 负载型还原态贵金属催化剂的制备方法
CN110292937A (zh) * 2018-03-21 2019-10-01 天津大学 一种负载于二氧化钛纳米棒上的Rh基催化剂及其制备方法和应用
CN108686635A (zh) * 2018-05-09 2018-10-23 南通龙翔新材料科技股份有限公司 一种二氧化钛负载钌催化剂及其制备方法
CN108940308A (zh) * 2018-07-18 2018-12-07 福州大学 一种铂钴复合金属光热催化剂的制备及其在甲烷二氧化碳重整中的应用
CN111111669A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 西安交通大学 一种中高温甲烷干重整的介孔光热催化剂及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUI SONG ET AL.: ""Visible-Light-Mediated Methane Activation for Steam Methane Reforming under Mild Conditions: A Case Study of Rh/TiO2 Catalysts"", 《ACS CATALYSIS》 *
SHUSAKU SHOJI ET AL.: ""Photocatalytic uphill conversion of natural gas beyond the limitation of thermal reaction systems"", 《NATURE CATALYSIS》 *
YAN TANG ET AL.: "Rh single atoms on TiO2 dynamically respond to reaction conditions by adapting their site", 《NATURE COMMUNICATIONS》 *
YARU ZHANG 等: "Tuning reactivity of Fischer–Tropsch synthesis by regulating TiOx overlayer over Ru/TiO2 nanocatalysts", 《NATURE COMMUNICATIONS》 *
黄亚辉: ""载体氧空位促进钌基催化剂氢溢流的研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115957749A (zh) * 2023-01-16 2023-04-14 福州大学 铂负载的二氧化钛复合光催化剂及其制备方法和在致害污染物降解中的应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meng et al. Construction of g-C3N4/ZIF-67 photocatalyst with enhanced photocatalytic CO2 reduction activity
Nematollahi et al. Ni-Bi co-doped TiO2 as highly visible light response nano-photocatalyst for CO2 photo-reduction in a batch photo-reactor
Xiong et al. Photocatalytic CO2 reduction over V and W codoped TiO2 catalyst in an internal-illuminated honeycomb photoreactor under simulated sunlight irradiation
CN107686120B (zh) 一种聚集太阳能催化合成氨的方法及其催化剂
US20180065856A1 (en) Nanostructured metal oxide compositions for applied photocatalysis
CN110624550B (zh) 一种原位碳包覆的铜镍合金纳米颗粒光催化剂及其制备方法和应用
Huang et al. Enhanced photoreduction activity of carbon dioxide over Co 3 O 4/CeO 2 catalysts under visible light irradiation
CN110013869A (zh) 一种氮化碳纳米片负载碳化钛量子点及其制备方法和应用
CN113145138B (zh) 热响应型复合光催化剂及其制备方法和应用
Zhang et al. Visible light-responding perovskite oxide catalysts for photo-thermochemical CO2 reduction
Zhang et al. Calcination engineering of urchin-like CoOx-CN catalysts to enhance photothermocatalytic oxidation of toluene via photo-/thermo-coupling effect
CN113713808B (zh) 一种用于二氧化碳加氢甲烷化反应的Ru基光催化剂及其制备方法和应用
CN110721678A (zh) 一种光热耦合催化CO2甲烷化的Ru基催化剂
Liu et al. Enhancing photocatalytic nitrogen fixation performance of Co-doped bismuth molybdate through band engineering tuning
Yu et al. Superstructure Ta 2 O 5 mesocrystals derived from (NH 4) 2 Ta 2 O 3 F 6 mesocrystals with efficient photocatalytic activity
CN114308079A (zh) 一种硫化镉-双助催化剂复合光催化材料及其制备方法与应用
CN114029071B (zh) 一种兼具B掺杂和S空位及肖特基结的B-ZCSv/Cd和制备方法并用于染料废水产氢
CN111617790A (zh) 一种氮掺杂碳层包覆碳化钴锰复合材料及其应用
Quan et al. Superior performance in visible-light-driven hydrogen evolution reaction of three-dimensionally ordered macroporous SrTiO 3 decorated with Zn x Cd 1− x S
CN113117672A (zh) 一种支链烷烃重整光热催化剂及其制备方法和应用
CN113546659A (zh) 采用配位法的高分散CeCN-urea-N2材料及其制备方法和应用
Chen et al. Photothermal CO-PROX reaction over ternary CuCoMnO x spinel oxide catalysts: the effect of the copper dopant and thermal treatment
Guo et al. 3D homogeneous porous copper-ceria catalyst for solar light driven photothermal CO-PROX in H2-rich gas: enhanced light absorption and abundant oxygen vacancy
CN114425392A (zh) 一种碳氮基复合材料、其制备方法及其应用
CN112619644A (zh) 一种以四方钛酸钡为载体的Ru基催化剂及其制备与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210716

RJ01 Rejection of invention patent application after publication