一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法及装置，属于二氧化碳催化还原技术领域。本发明专利技术将CO2吸收体系加入到压力吸收反应釜中，通入CO2气体，在搅拌速度为300~600 rpm/min的条件下吸收处理1~2h得到吸收处理液；将吸收处理液加入到光催化反应器中，在光照、搅拌速度为120~180rpm/min的条件下光催化反应0.6~1h得到含甲醇的光催化反应液；将光催化反应液替代CO2吸收体系加入到压力吸收反应釜中循环进行吸收处理过程和光催化反应过程，循环5~10次，将光催化反应液离心分离，静置，固体光催化剂附着在离心机底部及底部侧壁，离心液下层为甲醇的水溶液，上层为油相叔胺。本发明专利技术对二氧化碳有较高的还原利用率，还原产物的分离简便，固定二氧化碳的吸收体系可实现循环利用。

【技术实现步骤摘要】
一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法及装置
本专利技术涉及一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法及装置，属于二氧化碳催化还原

技术介绍
鉴于清洁、高效的新能源，譬如太阳能、核能、风能等，目前仍不能广泛代替常规传统化石能源，化石能源仍将作为主要的燃料被使用，因此，化石能源的燃烧利用仍是碳排放的主要贡献途径，大气中二氧化碳含量持续增加，“温室效应”导致的全球变暖不可遏制。为减少二氧化碳向大气中的排放，对于二氧化碳固定与捕集的研究热度至今不减，化学方法用于二氧化碳的固定与捕集，如活化热钾碱法、烷基醇胺法（包括一一醇胺法、甲基二乙醇胺法等）及碳化法等已应用于实际生产过程。另外，专利技术CN106178817A、CN101423214A分别公开了用于二氧化碳固定与捕集的吸附法和化学吸收法。一方面，二氧化碳是温室气体是不争的事实，另一方面，作为资源，二氧化碳具有较高的工业及民用价值。其可用作冷却剂（原子能反应堆的冷却剂、食品的冷却冷冻等）、压力剂（用作粉末灭火剂的压出剂、碳酸饮料、鲜啤酒压出剂等），用作气肥、蔬菜保鲜剂及用于合成尿素等等。就成本-效益角度而言，将二氧化碳资源化并将其转化为具有高附加值的物质资料更具重要的实际意义，利用光催化手段将二氧化碳催化还原转化为有机物及其它化学品为有效的途径之一。专利技术CN104478656A采用TiO2或Bi2YO3光催化剂、CN105126609A采用Y掺杂的TiO2光催化剂并以Na2CO3或Na2SO3水溶液为光催化反应介质，在光照及二氧化碳气体以一定量流速通入反应介质条件下，实现了将二氧化碳转化为甲酸、甲醇等还原产物。然而，上述专利技术光催化反应过程中，二氧化碳气体始终以一定量流速通入反应介质中，存在二氧化碳的还原利用率低，导致大部分二氧化碳排入大气的问题，另一方面，还原产物溶解于反应介质并存在与反应介质发生反应的问题，不利于后续对产物的回收、分离；专利技术CN104016825A公开了一种利用太阳光和光热催化剂直接将二氧化碳转化为有机燃料的技术，该专利技术另需以氢气为还原剂，因此致使生产成本高。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有二氧化碳催化还原技术的不足，提供一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法，该方法能够提高二氧化碳利用率及为光催化还原产物的回收、分离效率。一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法，包括以下步骤：（1）将CO2吸收体系加入到压力吸收反应釜中，通入CO2气体，在搅拌速度为300~600rpm/min的条件下吸收处理1~2h得到吸收处理液；其中CO2吸收体系为叔胺、水和光催化剂的混合物，叔胺和水的体积比为1:(1~6)，CO2气体的体积为，为叔胺的摩尔量，Vm为气体摩尔体积，CO2气体的流量为0.5~10L/s，光催化剂为纳米TiO2、纳米BiFeO3、掺杂改性纳米TiO2或掺杂改性纳米BiFeO3；（2）将步骤（1）所得吸收处理液加入到光催化反应器中，在光照、搅拌速度为120~180rpm/min的条件下光催化反应0.6~1h得到含甲醇的光催化反应液；（3）将步骤（2）所得光催化反应液替代步骤（1）中的CO2吸收体系加入到压力吸收反应釜中循环进行步骤（1）的吸收处理过程和步骤（2）的光催化反应过程，循环5~10次，将光催化反应液离心分离，静置，固体光催化剂附着在离心机底部及底部侧壁，离心液下层为甲醇的水溶液，上层为油相叔胺；所述步骤（1）中叔胺为N,N-二甲基环己胺、N,N-二甲基苄胺的一种或任意比两种，光催化剂的加入量为1.0~4.9g/L。本专利技术的另一目的是提供所述方法的固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的装置，该装置包括气体贮存罐1、压力吸收反应釜2、配料箱3、光催化反应器Ⅰ4、光催化反应器Ⅱ5，离心机6，气体贮存罐1、压力吸收反应釜2平行设置，光催化反应器Ⅰ4、光催化反应器Ⅱ5平行设置且位于压力吸收反应釜2的侧下方，配料箱3、离心机6平行设置且位于光催化反应器Ⅰ4的下方，气体贮存罐1顶端设置有出气口Ⅰ，压力吸收反应釜2的顶端侧壁设置有进气口7、加料口8和压力计9，压力吸收反应釜2的上方设置有搅拌器Ⅰ10，搅拌器Ⅰ10的搅拌桨往下延伸至压力吸收反应釜2的内腔下部，气体贮存罐1的出气口Ⅰ通过管道Ⅰ11与进气口7连通，配料箱3的侧壁设置有进料口12和出料口Ⅰ13，出料口Ⅰ13通过管道Ⅱ14与压力吸收反应釜2的加料口8连通，管道Ⅱ14上设置有液泵15，压力吸收反应釜2的底端设置有出料口Ⅱ16，光催化反应器Ⅰ4的上方设置有搅拌器Ⅱ17，搅拌器Ⅱ17的搅拌桨往下延伸至光催化反应器Ⅰ4的内腔下部，光催化反应器Ⅰ4的底端设置有出料口Ⅲ18，光催化反应器Ⅱ5的上方设置有搅拌器Ⅲ19，搅拌器Ⅲ19的搅拌桨往下延伸至光催化反应器Ⅱ5的内腔下部，光催化反应器Ⅱ5的底端设置有出料口Ⅳ20，压力吸收反应釜2的出料口Ⅱ16通过管道Ⅲ21与光催化反应器Ⅰ4的顶端连通，压力吸收反应釜2的出料口Ⅱ16通过管道Ⅳ22与光催化反应器Ⅱ5的顶端连通，光催化反应器Ⅰ4的出料口Ⅲ16通过管道Ⅴ23与光催化反应器Ⅱ5的出料口Ⅳ20连通，管道Ⅴ23通过管道Ⅵ24与配料箱3的进料口12连通，管道Ⅴ23通过管道Ⅶ25与离心机6的内腔连通；所述管道Ⅰ11上设置有阀门Ⅰ26、流量计27、离心式压缩机28，离心式压缩机28的进气端与流量计27连通，离心式压缩机28的出气端与压力吸收反应釜2的进气口7连通；所述管道Ⅲ21上设置有阀门Ⅱ29，管道Ⅳ22设置有阀门Ⅲ30，光催化反应器Ⅰ4下端的管道Ⅴ23上设置有阀门Ⅳ31，光催化反应器Ⅱ5下端的管道Ⅴ23上设置有阀门Ⅴ32，管道Ⅵ24上设置有阀门Ⅵ33，管道Ⅶ25上设置有阀门Ⅶ34。本专利技术叔胺和水吸收、固定二氧化碳的原理（以N,N-二甲基环己胺）为：吸收液与二氧化碳作用，生成相应的氨基重碳酸盐，此反应过程是可逆的；被吸收、固定的二氧化碳经光催化转化为以甲醇为主的还原产物，二氧化碳被消耗的同时，根据勒夏特列原理，上述反应向左侧进行，吸收液中的叔胺得以再生，并可循环使用；本专利技术中采用两套同样的光催化反应装置，目的在于实现光催化还原二氧化碳的连续进行，当一套装置完成二氧化碳的光催化过程，将完成光催化还原过程后的反应液放入配料箱，经提升泵加入二氧化碳压力吸收反应釜用于循环固定二氧化碳的同时，另一套装置继续进行二氧化碳的光催化过程，以上过程如此往复；二氧化碳的吸收、固定过程是通过离心式压缩机的加压手段实现的，二氧化碳吸收压力反应釜配有搅拌器，以加快二氧化碳的传质吸收、固定过程；本专利技术的装置中设置有离心机，可对完成了多次光催化过程并累积一定产物浓度的光催化反应液进行物料分离，分离出的光催化剂及叔胺回用于光催化过程，将含有甲醇产物的水溶液进行进一步地分离和浓缩等操作。本专利技术的装置的使用方法为：将CO2吸收体系加入到配料箱中，液泵将CO2吸收体系提升加入到压力吸收反应釜，计算CO2气体的通入量，打开阀门Ⅰ，通过流量计控制CO2气体的流量，CO2气体经离心式压缩机加压进入到压力吸收反应釜中，开启搅拌器Ⅰ，进行CO2气体的固定吸收处理，CO2气体通入量达到计算值，关闭阀门Ⅰ，压力吸收反应釜中的CO2气体的固定吸收处理完毕就打开阀门Ⅱ，将吸收处理液导入到光催化反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将CO2吸收体系加入到压力吸收反应釜中，通入CO2气体，在搅拌速度为300~600 rpm/min的条件下吸收处理1~2h得到吸收处理液；其中CO2吸收体系为叔胺、水和光催化剂的混合物，叔胺和水的体积比为1:(1~6)，CO2气体的体积为

【技术特征摘要】
1.一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将CO2吸收体系加入到压力吸收反应釜中，通入CO2气体，在搅拌速度为300~600rpm/min的条件下吸收处理1~2h得到吸收处理液；其中CO2吸收体系为叔胺、水和光催化剂的混合物，叔胺和水的体积比为1:(1~6)，CO2气体的体积为，为叔胺的摩尔量，Vm为气体摩尔体积，CO2气体的流量为0.5~10L/s，光催化剂为纳米TiO2、纳米BiFeO3、掺杂改性纳米TiO2或掺杂改性纳米BiFeO3；（2）将步骤（1）所得吸收处理液加入到光催化反应器中，在光照、搅拌速度为120~180rpm/min的条件下光催化反应0.6~1h得到含甲醇的光催化反应液；（3）将步骤（2）所得光催化反应液替代步骤（1）中的CO2吸收体系加入到压力吸收反应釜中循环进行步骤（1）的吸收处理过程和步骤（2）的光催化反应过程，循环5~10次，将光催化反应液离心分离，静置，固体光催化剂附着在离心机底部及底部侧壁，离心液下层为甲醇的水溶液，上层为油相叔胺。2.根据权利要求1所述固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法，其特征在于：步骤（1）中叔胺为N,N-二甲基环己胺、N,N-二甲基苄胺的一种或任意比两种，光催化剂的加入量为1.0~4.9g/L。3.一种用于权利要求1所述方法的固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的装置，其特征在于：包括气体贮存罐（1）、压力吸收反应釜(2)、配料箱(3)、光催化反应器Ⅰ（4）、光催化反应器Ⅱ（5），离心机（6），气体贮存罐（1）、压力吸收反应釜(2)平行设置，光催化反应器Ⅰ（4）、光催化反应器Ⅱ（5）平行设置且位于压力吸收反应釜(2)的侧下方，配料箱(3)、离心机（6）平行设置且位于光催化反应器Ⅰ（4）的下方，气体贮存罐（1）顶端设置有出气口Ⅰ，压力吸收反应釜(2)的顶端侧壁设置有进气口（7）、加料口（8）和压力计（9），压力吸收反应釜(2)的上方设置有搅拌器Ⅰ（10），搅拌器Ⅰ（10）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：田森林，宋玉新，李英杰，胡学伟，黄建洪，宁平，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53