一种基于电离辐射还原二氧化碳的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电离辐射还原二氧化碳的方法，属于二氧化碳还原技术领域，通过X射线、γ射线α射线以及电子加速器等高能射线通过pH以及高压的手段，以及添加催化剂的手段选择性还原二氧化碳。本发明专利技术能够在常温下进行，工艺简单，可控性较强；可以在无催化剂的过程中实现二氧化碳的高效还原，当添加催化剂后，又能选择性调控反应产物；所设计到的辐射源均是在产业化的基础上提出的，工业化优势明显。显。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电离辐射还原二氧化碳的方法


[0001]本专利技术涉及二氧化碳还原
，具体为一种基于电离辐射还原二氧化碳的方法。

技术介绍

[0002]自工业革命以来，人类社会生产力的迅速提高导致了化石能源的迅速消耗，随着而来的是空气中二氧化碳含量的飞速上升。根据调查显示:目前空气中二氧化碳含量已经达到了412.48ppm，是工业革命爆发前的1.7倍，而且目前正在以2.5ppm/年的速度快速增长。所以为了应对可能诱发的环境问题，自20世纪90年代，各个国际会议和组织就将减少二氧化碳的排放和实现二氧化碳的清洁转化提上了日程。
[0003]传统的光催化与电催化二氧化碳还原技术，一般都需要固体催化剂作为媒介，由于二氧化碳的热力学稳定性高，转化了碳氢燃料的动力学也非常缓慢，所以对于催化剂的要求也非常高：不仅需要克服二氧化碳活化反应的高位垒，还需要实现催化剂与反应底物的有效电子转移。同时很多催化剂都采用了Pt、Pd等贵金属，这些无疑导致了环境的进一步污染以及工业成本的提高，而且催化剂的失活以及回收利用难度高等缺点都严重的制约了二氧化碳还原的工业化应用。
[0004]高能射线具备了能量密度高，高效可控且的优点，而且其广泛的存在与宇宙之中，对于未来的星际研究也有着重要的意义。高能射线还原二氧化碳具备了反应底物成本低廉，产物选择性产率非常高的优点。同时，高能射线由于可控以及运行稳定等特点，已被广泛的应用于工业生产中，相较于光催化和电催化，其实现工业化的优势更大。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于针对目前存在的现状，为解决上述问题，本专利技术提供一种基于电离辐射还原二氧化碳的方法，根据以上研究背景，本专利技术致力于通过X射线、γ射线α射线以及电子加速器等高能射线通过pH以及高压的手段，以及添加催化剂的手段选择性还原二氧化碳，提供一种新型基于电离辐射还原二氧化碳还原方法。
[0006]一种基于电离辐射还原二氧化碳的方法，包括以下步骤：
[0007]S1、首先使二氧化碳和甲酸、甲酸钠、亚硫酸钠、溴化钾水溶液以及去离子水形成饱和二氧化碳溶液；
[0008]其中还添加了调控pH的溶液：HClO4、HCl、H2SO4以及NaOH、KOH；
[0009]S2、在所形成的各种二氧化碳水溶液中，以Cu2O、ZrO2、以及新型辐射法合成Cu、Ni、Mn、Co、Fe、Pt、Pd、Ru、In等多种单金属单原子，及其两两组合的双金属单原子材料作为催化剂，利用高能射线进行照射，使二氧化碳得以还原。
[0010]优选的，所述的甲酸、甲酸钠、Na2SO3、KBr溶液浓度在0.005mol/L
‑
1mol/L之间。
[0011]优选的，所述的HClO4溶液的浓度在1mol/L—5mol/L之间，NaOH溶液以及KOH溶液的浓度在于0.01mol/L
‑
2mol/L之间。
[0012]优选的，其所需的反应压力：0.1
‑
3MPa，反应温度为0
‑
25℃。
[0013]优选的，所产生的还原产物为氢气、一氧化碳、草酸。
[0014]优选的，当加入催化剂为Cu/Ni@UIO
‑
66单原子合金材料时，pH为2
‑
7时的甲酸、甲酸钠、Na2SO3、KBr饱和二氧化碳水溶液时的还原产物为甲醇；
[0015]反应温度为0
‑
25℃，压力为0.1MPa。
[0016]优选的，新型辐射法合成的单原子合催化剂的合成采用以UiO
‑
66作为单原子催化剂的载体，以MNO3、MAc、MCl2，等(M＝Cu、Ni、Mn、Co、Fe、Pt、Pd、Ru、In等、氯铂酸、氯钯酸作为金属源，使用热交换配位的方法诱导Cu、Ni金属和UiO
‑
66
‑
type(type＝Zr、Hf以及其多种官能团
‑
OH、
‑
COOH、
‑
NH2、NO3、CH3)载体配位，温度为60
‑
100℃，利用异丙醇、甲酸、甲酸钠、乙酸、乙醇、甲醇水溶液作为羟基自由基屏蔽剂，高能射线的照射的方法还原。
[0017]优选的，当加入催化剂为商业化ZrO2时，以纯水饱和二氧化碳水溶液为原料的还原产物为CO；
[0018]反应温度为0
‑
25℃，压力为0.1MPa。
[0019]优选的，当加入催化剂为商业化Cu2O时，以纯水饱和二氧化碳水溶液为原料的还原产物为C2H4和CO；
[0020]反应温度为0
‑
25℃，压力为0.1MPa。
[0021]优选的，利用
60
Co、电子加速器、X射线源、α射线提供电离辐射能量源。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]本专利技术能够在常温下进行，工艺简单，可控性较强。
[0024]本专利技术可以在无催化剂的过程中实现二氧化碳的高效还原，当添加催化剂后，又能选择性调控反应产物。
[0025]本专利技术所设计到的辐射源均是在产业化的基础上提出的，工业化优势明显。
具体实施方式
[0026]下面将对本专利技术的技术方案进行进一步详细的描述，但本专利技术并不局限于下述实施例。基于本专利技术中的实施例，在本领域中的普通技术人员没有做出创造性劳动的前提下所取得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0027]一种基于电离辐射还原二氧化碳的方法，其内容包括：
[0028]首先使二氧化碳和一定浓度的甲酸、甲酸钠、亚硫酸钠、溴化钾水溶液以及去离子水形成饱和二氧化碳溶液；
[0029]在所形成的各种二氧化碳水溶液中，利用高能射线进行照射，使二氧化碳得以还原；
[0030]当使用一定浓度的甲酸、甲酸钠、亚硫酸钠、溴化钾水溶液以及纯水形成饱和二氧化碳溶液为反应底物，无需任何催化剂，利用X射线、γ射线α射线以及电子加速器等高能射线作为电离辐射射线源时，以HClO4、HCl、H2SO4作为酸性pH调节剂时，pH由2
‑
3，能够产生H2、CO还原产物，并无产生草酸还原产物。以NaOH、KOH作为碱性pH调节剂时，pH由5
‑
13，能够产生H2、CO草酸还原产物。其反应温度在0
‑
25℃之间，二氧化碳压力在0.1
‑
3Mpa，无论在酸性或者碱性条件下，随着二氧化碳压力的增大，反应产物中的H2、草酸的产量降低，CO的产率增加。
[0031]利用新型辐射还原合成方法合成的多种单原子催化剂，能够再以一定浓度的甲酸、甲酸钠、亚硫酸钠、溴化钾水溶液饱和二氧化碳溶液为反应底物，X射线、γ射线α射线以及电子加速器等高能射线作为电离辐射射线源，0
‑
25℃常压下实现二氧化碳辐射催化还原反应，催化剂的浓度在0.2
‑
2％wt,其主要的二氧化碳还原产物为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电离辐射还原二氧化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、首先使二氧化碳和甲酸、甲酸钠、亚硫酸钠、溴化钾水溶液以及去离子水形成饱和二氧化碳溶液；其中还添加了调控pH的溶液：HClO4、HCl、H2SO4以及NaOH、KOH；S2、在所形成的各种二氧化碳水溶液中，以Cu2O、ZrO2、以及新型辐射法合成Cu、Ni、Mn、Co、Fe、Pt、Pd、Ru、In单金属单原子，及其两两组合的双金属单原子材料作为催化剂，利用高能射线进行照射，使二氧化碳得以还原。2.根据权利要求1所述的基于电离辐射还原二氧化碳的方法，其特征在于，所述的甲酸、甲酸钠、Na2SO3、KBr溶液浓度在0.005mol/L
‑
1mol/L之间。3.根据权利要求1所述的基于电离辐射还原二氧化碳的方法，其特征在于，所述的HClO4溶液的浓度在1mol/L—5mol/L之间，NaOH溶液以及KOH溶液的浓度在于0.01mol/L
‑
2mol/L之间。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的基于电离辐射还原二氧化碳的方法，其特征在于，其所需的反应压力：0.1
‑
3MPa，反应温度为0
‑
25℃。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的基于电离辐射还原二氧化碳的方法，其特征在于，所产生的还原产物为氢气、一氧化碳、草酸。6.根据权利要求1所述的基于电离辐射还原二氧化碳的方法，其特征在于，当加入催化剂为Cu/Ni@UIO

【专利技术属性】
技术研发人员：马骏，胡长江，王运龙，陈冲，甘平平，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：