[发明专利]一种光催化重整生物质制氢的TiO2光催化剂及制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于利用太阳能制取氢气的技术领域，具体地涉及一种光催化重整生物质制氢的TiO₂光催化剂。

本发明还涉及上述TiO₂光催化剂的制备方法。

本发明还涉及上述TiO₂光催化剂在重整生物质制氢中的应用。

背景技术

能源危机以及日益突出的环境问题推动了清洁可再生能源的探索。氢能是理想的清洁能源之一，也是重要的化工原料，引起世界各国的广泛关注。目前，以不可再生的化石资源为原料制取氢气是主要途径。因此，发展可再生能源制氢技术是解决能源、环境问题的根本出路。

目前报道的利用可再生能源制氢的方法主要有：

(1)电解水制氢，这种方法能耗大，对能源的总利用率低；

(2)生物质的水蒸气重整制氢，但这种方法工艺流程繁琐，设备复杂，需要高温高压；

(3)光催化制氢，由于太阳能清洁、储量丰富，利用光催化剂将太阳能转换为氢能源越来越引起人们的重视。

光催化重整生物质制氢是一种非常重要的光催化制氢方式，具有潜在的工业应用价值。

在目前所研究的光催化剂中，TiO₂光催化剂因其廉价、无毒、高效以及化学稳定被广泛应用于光催化重整生物质制氢反应。商品TiO₂(P25)是公认的一种具有较高光催化性能的TiO₂催化剂，常用作光催化活性参比剂。在研究中发现，P25本身的光催化重整生物质产氢活性有待进一步优化，更值得注意的是，氢气中CO的浓度会高达几千甚至上万ppm。通常氢气中极微量的CO就能使贵金属催化剂中毒，工业上都要求氢气中的一氧化碳浓度非常低。因此，利用现有的TiO₂光催化剂用于光催化重整生物质制得的氢气仍然不能直接用于工业生产，而开发高光催化性能的TiO₂光催化剂并有效抑制CO的生成是目前TiO₂光催化重整生物质制氢研究与利用亟待解决的问题，也是工业上研制TiO₂光催化剂关注的焦点。

中国专利CN101195475A公开了光催化过程中抑制一氧化碳生成的方法。所述的方法为在TiO₂光催化剂上担载一种助催化剂或在光催化重整生物质反应液中加入添加剂，制得的氢气中一氧化碳的含量降低到20ppm以下。这种方法对光催化重整生物质制氢过程中抑制一氧化碳的生成是一个有效的方法，但是该方法对TiO₂光催化剂的本征性质并没有改善。由于TiO₂的晶相结构是影响其光催化性能的重要因素，因此合理设计具有特定晶相组成的TiO₂对研制高效的TiO₂光催化剂具有重要的意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种光催化重整生物质制氢的TiO₂光催化剂。

本发明的另一目的是提供制备上述TiO₂光催化剂的方法。

为实现上述目的，本发明是通过调节TiO₂光催化剂中锐钛矿和金红石相的晶相组成来提高其光催化重整生物质的产氢活性并有效抑制CO生成。

本发明提供的用于光催化重整生物质制氢的TiO₂光催化剂，其锐钛矿和金红石相的晶相组成可以在较宽范围内调控，其中，TiO₂光催化剂中锐钛矿和金红石的晶相组成通过XRD上锐钛矿最强衍射峰(101)和金红石最强衍射峰(110)的强度以下式来计算：(详细地可参考文献Am Mineral，1997，82，717)

W_R＝1/[1+0.884(A_ana/A_rut)]

W_A＝1-W_R

W_A和W_R分别表示锐钛矿和金红石的含量(wt％)，A_ana和A_rut分别表示锐钛矿(101)和金红石(110)衍射峰的强度。

本发明提供的TiO₂光催化剂，金红石相含量在13～100wt％可调，以70～80wt％的金红石含量为最佳。

本发明提供的制备上述TiO₂光催化剂的方法，是将以锐钛矿相为主要晶相的TiO₂在400～900℃进行焙烧，焙烧时间为0.5～72小时(h)，其中以700℃焙烧3h为最佳。