基于钙钛矿前体原位还原的光热催化剂及制备方法和应用技术

本公开提供了一种基于钙钛矿前体原位还原的光热催化剂及制备方法和应用。该光热催化剂的分子式如下：Ni/LaMn1‑

【技术实现步骤摘要】
基于钙钛矿前体原位还原的光热催化剂及制备方法和应用


[0001]本公开属于光热催化剂制备和生物质焦油光热催化转化领域，尤其涉及一种基于钙钛矿前体原位还原的光热催化剂及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]化石燃料的燃烧引发了日益严峻的环境问题。生物质是在煤、石油、天然气之后的世界第四大能源。预计几年之后，生物质能提供14％的全球能源消耗量。气化能将生物质转化为气体燃料，是一种十分具有前景的生物质能源利用技术，然而焦油副产物的生成会导致化学能损失和气化总能量效率降低，以及焦油的产生会堵塞并腐蚀管道和下游设备。这严重阻碍了生物质气化技术的工业化应用。
[0003]蒸汽重整法能在高效脱除焦油的同时，将焦油转化为H2和CO等还原性气体，从而提高合成气品质，是一种十分具有潜力的脱焦技术。然而蒸汽重整作为吸热过程，反应温度较高(600
‑
900℃)。传统热催化脱焦技术存在高温引发的高能耗和催化剂烧结/积碳问题，对设备性能提出了严苛的要求并影响催化系统的有效稳定运行，也制约着热催化脱焦技术的推广。为了实现生物质气化技术产业化推广，开发新型、高效、实用的新型焦油脱除方法及高效催化剂是研究解决的问题的关键。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的技术问题，本公开提供了一种基于钙钛矿前体原位还原的光热催化剂及制备方法和应用，以期至少部分地解决上述技术问题。
[0005]为了解决上述技术问题，作为本公开的一个方面，提供了一种基于钙钛矿前体原位还原的光热催化剂，上述光热催化剂的分子式如下：Ni/LaMn1‑
x
Ni
x
O3/La2O3，其中，上述光热催化剂Ni/LaMn1‑
x
Ni
x
O3/La2O3是由钙钛矿前体LaMn
0.4
Ni
0.6
O3‑
δ
原位还原制备，其中0<x<0.6，δ为氧空位。
[0006]在其中一个实施例中，上述光热催化剂具有Ni活性位点和活性氧物种。
[0007]作为本公开的另一个方面，还提供了一种制备基于钙钛矿前体原位还原的光热催化剂的方法，包括：
[0008]步骤S1：将La、Mn和Ni的水溶性含氧酸盐溶解于水中，得到含有La
‑
Mn
‑
Ni的混合溶液；
[0009]步骤S2：向上述La
‑
Mn
‑
Ni的混合溶液中加入络合剂，并加热搅拌至凝胶状；
[0010]步骤S3：将上述凝胶烘干，然后煅烧，得到钙钛矿前体LaMn
0.4
Ni
0.6
O3‑
δ
；
[0011]步骤S4：上述钙钛矿前体LaMn
0.4
Ni
0.6
O3‑
δ
作为焦油光热蒸汽重整的催化剂，与焦油光热蒸汽重整过程中的产物H2和CO相作用，将上述钙钛矿前体LaMn
0.4
Ni
0.6
O3‑
δ
原位还原成Ni/LaMn1‑
x
Ni
x
O3/La2O3光热催化剂。
[0012]在其中另一个实施例中，上述La、Mn和Ni的水溶性含氧酸盐分别为La(NO3)3·
6H2O、Mn(NO3)3·
4H2O和Ni(NO3)3·
6H2O；
[0013]上述La
‑
Mn
‑
Ni的混合溶液中La、Mn、Ni离子的摩尔比为1：0.4：0.6。
[0014]在其中另一个实施例中，上述络合剂为柠檬酸，上述La
‑
Mn
‑
Ni混合溶液中金属离子与上述柠檬酸的摩尔比为1：1.5～1：2。
[0015]在其中另一个实施例中，上述加热的温度包括：60～80℃；
[0016]上述加热的时间包括：3～5h。
[0017]在其中另一个实施例中，上述煅烧的温度包括：700～850℃；
[0018]上述煅烧的时间包括：3～6h。
[0019]作为本公开又一个方面，还提供了由上述方法制备的光热催化剂用于生物质焦油光热蒸汽重整的应用。
[0020]在其中又一个实施例中，采用水作为重整介质，水与焦油中碳原子的摩尔比为2～3。
[0021]在其中又一个实施例中，上述生物质焦油光热蒸汽重整的反应温度包括：300～600℃；
[0022]光照为紫外
‑
可见光。
[0023]基于上述技术方案，本公开提供的一种基于钙钛矿前体原位还原的光热催化剂及制备方法和应用，至少包括以下之一的有益效果：
[0024](1)在本公开的实施例中，还提供了光热催化剂的制备方法，采用溶胶
‑
凝胶的方法制备了钙钛矿前体LaMn
0.4
Ni
0.6
O3‑
δ
粉末，该钙钛矿前体作为焦油光热蒸汽重整的催化剂，在不需要额外添加还原剂的情况下，与生物质焦油光热蒸汽重整的产物H2和CO进行原位还原反应，即可得到Ni/LaMn1‑
x
Ni
x
O3/La2O3光热催化剂，省去了传统催化剂还原过程中所需要的高温和繁杂的操作、降低了制备的成本、简化了反应的流程，而且在光诱导过程中有助于钙钛矿前体还原结晶。
[0025](2)在本公开的实施例中，利用该方法制备的光热催化剂，因在反应过程中形成了分散良好的Ni活性位点和丰富的活性氧物种，能够激发光热协同效应，可以降低焦油蒸汽重整的反应温度，并有效缓解催化剂烧结和积碳引发的活性位点损失的问题，从而提高反应的活性和稳定性。该光热催化剂能在反应温度为300
‑
600℃的焦油催化重整反应中获得优秀的转化率，生成的H2和CO等还原性气体，有望成为利用生物质气化合成气携带的热量和少量外加光能实现焦油转化和提升合成气的品质，从而降低焦油脱除的能耗。这对解决生物质气化领域的焦油脱除难题具有十分重要的参考意义。
附图说明
[0026]图1是本公开实施例1中钙钛矿前体的紫外
‑
可见吸收光谱图；
[0027]图2是本公开实施例1中所得的钙钛矿前体的X射线衍射曲线图；
[0028]图3是本公开实施例1中钙钛矿前体催化剂在黑暗和光照下的氧空位的电子顺磁共振波谱图；
[0029]图4是本公开实施例1中的钙钛矿前体原位还原制备的光热催化剂的X射线衍射曲线图。
具体实施方式
[0030]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。
[0031]针对传统热催化蒸汽重整反应存在的高耗能、催化剂易烧结和积碳的技术问题，已有研究人员在传统的热催化蒸汽重整反应引入光催化构建光热催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钙钛矿前体原位还原的光热催化剂，所述光热催化剂的分子式如下：Ni/LaMn1‑
x
Ni
x
O3/La2O3，其中，所述光热催化剂Ni/LaMn1‑
x
Ni
x
O3/La2O3是由钙钛矿前体LaMn
0.4
Ni
0.6
O3‑
δ
原位还原制备，其中0<x<0.6，δ为氧空位。2.根据权利要求1所述的光热催化剂，其中，所述光热催化剂具有Ni活性位点和活性氧物种。3.一种制备权利要求1所述的光热催化剂的方法，包括：步骤S1：将La、Mn和Ni的水溶性含氧酸盐溶解于水中，得到含有La
‑
Mn
‑
Ni的混合溶液；步骤S2：向所述La
‑
Mn
‑
Ni的混合溶液中加入络合剂，并加热搅拌至凝胶状；步骤S3：将所述凝胶烘干，然后煅烧，得到钙钛矿前体LaMn
0.4
Ni
0.6
O3‑
δ
；步骤S4：所述钙钛矿前体LaMn
0.4
Ni
0.6
O3‑
δ
作为焦油光热蒸汽重整的催化剂，与焦油光热蒸汽重整过程中的产物H2和CO相作用，将所述钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠益，董晓珊，颜蓓蓓，李健，程占军，林法伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：