一种用于制造技术

本发明专利技术公开了一种用于

【技术实现步骤摘要】
一种用于CO2废气处理的热电催化材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金及热电催化
，具体涉一种用于
CO2废气处理的热电催化材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]目前，能源需求的迅速扩大加剧了环境污染，尤其是冶炼
、
火电
、
汽车等高能耗行业均伴随着废热和
CO2废气的高额排放，显著提升了环境治理成本
。
因此探索新的能源转换技术迫在眉睫，而专利技术环保
、
高效的催化剂成为能源转换过程中废热废气后处理的关键
。
近年来有研究表明热电效应可以提升催化效率，进而提出了热电催化的新概念
。
在能源转换过程中，热电材料充当催化剂载体和促进剂，将分布于材料上的温度梯度转化为电势差，能够在较低的温度下激活化学反应，加快反应速率，甚至改变反应产物的选择性
。
尤其是低成本的
Ca3Co4O9类热电催化材料在
CO2废气的转化方面效率优势突出
。
[0003]目前，国内关于
Ca3Co4O9类热电材料的研究非常有限
。
申请号为
CN202211350329.1
的专利
《
一种具有定向微纳通孔的钴酸钙热电陶瓷及其制备方法
》
公开了一种用冷冻浇注技术成功制备定向通孔
Ca3Co4O9基热电陶瓷材料的制备方法，具有歩骤简单，环保经济的优势，孔径尺寸易于控制r/>。
但是冷冻浇注技术难以实现固化介质高效快速脱离坯体，制得的材料具有各向异性，且该专利并未提到
Ca3Co4O9类热电材料的应用
。
[0004]关于热电材料在催化方面的应用，国外已有所报道
。
文献“A.Achour,Tuning of catalytic activity by thermoelectric materials for carbon dioxide hydrogenation,Advanced Energy Materials 8(2018)701430”中首次报道了一种热电材料
BiCuSeO
在
CO2还原反应中呈现热电催化效应，热电催化效应改变了化学平衡，不仅可以提高反应速率，还可以影响产物选择，在
CO2还原反应中实现了
CO2到
CO+H2O
的转化，且产物具有高
CO
选择性
。
然而，该文献报道中所制备的
BiCuSeO
热电催化材料在温度高于
500℃
时稳定变差，极易分解失效
。
[0005]关于热电材料在催化方面的应用，国外已有所报道
。
文献“A.Achour,Tuning of catalytic activity by thermoelectric materials for carbon dioxide hydrogenation,Advanced Energy Materials 8(2018)701430”中首次报道了一种热电材料
BiCuSeO
在
CO2还原反应中呈现热电催化效应，热电催化效应改变了化学平衡，不仅可以提高反应速率，还可以影响产物选择，在
CO2还原反应中实现了
CO2到
CO+H2O
的转化，且产物具有高
CO
选择性
。
然而，该文献报道中所制备的
BiCuSeO
热电催化材料在温度高于
500℃
时稳定变差，极易分解失效
。
[0006]申请号为
WO2018087540A1
的专利“Tuning of catalytic activity by thermoelectric materials:GB2017/053361”提出了一种在块体热电材料
BiCuSeO
表面溅射贵金属
Pt
催化剂薄膜的方案，他们将制备的复合催化剂材料用于催化
C2H4的氧化反应，结果表明热电效应极大提升了
Pt
催化剂的催化性能，也大幅提高了反应速率
。
但是该专利中使用的材料包含成本高昂的贵金属材料，不利于大规模应用
。
[0007]鉴于工业中所使用的催化剂通常处于高温工作环境，这对催化剂材料的稳定性以及使用寿命等提出了严苛的考验
。
为了进一步将热电催化材料的服役温度扩展至
500℃
以上，同时有效的提升
CO2废气的转化率，通过掺杂改性来提升热电材料的热电性能和热稳定性是有必要的
。
目前仅有的关于
BiCuSeO
以及
Bi2Te3等热电催化材料的使用温度均低于
500℃
，无法提供参考
。
因此，有必要提出一种兼具高热稳定性与高催化效率的
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9热电催化材料新成分及其制备方法，并实现工程应用
。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于
CO2废气处理的热电催化材料的制备方法
。
该方法采用热烧结法与固相烧结成型相结合的工艺，获得质量纯度高
、
无杂相的
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9热电催化材料，该
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9热电催化材料兼具高热稳定性与高催化效率，同时实现了极高的
CO2废气转化率和可调节的产物选择性，解决了现有热电催化材料的使用温度低
、
热稳定性差的难题
。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于
CO2废气处理的热电催化材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0010]步骤一
、
原料混粉：以质量纯度大于
99
％的
CaO
粉
、Co3O4粉
、Tb4O7粉作为原料，根据目标产物
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9的化学计量比进行原料称重，其中
0≤x≤0.5
，将称重好的原料粉体倒入玛瑙球磨罐中并放入玛瑙磨球，然后向玛瑙球磨罐中冲入氩气保护并密封，置于行星式球磨机中进行球磨，得到混合粉末；
[0011]步骤二
、
热烧结法制备
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9母材：将步骤一中得到的混合粉末进行热烧结，取出后得到块状的
Ca3‑
x
Tb本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于
CO2废气处理的热电催化材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一
、
原料混粉：以质量纯度大于
99
％的
CaO
粉
、Co3O4粉
、Tb4O7粉作为原料，根据目标产物
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9的化学计量比进行原料称重，其中
0≤x≤0.5
，将称重好的原料粉体倒入玛瑙球磨罐中并放入玛瑙磨球，然后向玛瑙球磨罐中冲入氩气保护并密封，置于行星式球磨机中进行球磨，得到混合粉末；步骤二
、
热烧结法制备
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9母材：将步骤一中得到的混合粉末进行热烧结，取出后得到块状的
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9母材；步骤三
、
冷压制坯：将步骤二中得到的块状的
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9母材置于玛瑙球磨罐并放入玛瑙磨球，然后向玛瑙球磨罐中冲入氩气保护并密封，置于行星式球磨机中进行球磨，得到预制体粉，将预制体粉装填入模具中进行冷压成型，得到
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9预制体；步骤四
、
固相烧结成型：将步骤三中得到的
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9预制体放置于管式炉中进行固相烧结成型，得到
Ca3‑
x
Tb
x
Co4O9热电催化材料
。2.
根据权利要求1所述的一种用于
CO2废气处理的热电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述球磨采用的球料比为
20:1
，转速为
450rpm
，球磨时间为
2h。3.
根据权利要求1所述的一种用于
CO2废气处理的热电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述热烧结的过程为：将混合粉末装入圆柱形氧化铝坩埚中手动压实，然后置于箱式电阻炉中，采用分级升温方式，以
15℃/min
的速率升温至
300℃
并保温
10min
，再以
10℃/min
的速率升温至
700℃
并保温
10min
，最后以
5℃/min
的速率升温至

【专利技术属性】
技术研发人员：李劲光，吴佳奇，张可人，张志强，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：