[发明专利]一种光热化学循环分解二氧化碳制备一氧化碳的方法

说明书

技术领域

本发明是关于热化学循环分解二氧化碳系统领域，特别涉及一种光热化学循环分解二氧化碳制备一氧化碳的方法。

背景技术

目前，CO₂排放问题越来越受到大家的重视，如何有效降低CO₂排放已经成为了世界各国重要的政治经济议题。美国、英国和德国等国都研究制定了CO₂排放制度，日本则加快了CO₂综合利用方面的研究，计划用10年时间建立起以CO₂为化工原料的独立工业体系。目前来看CO₂减排能够采取的措施一方面是减排和控制增量：包括调整能源结构，使用低碳能源，大力发展核能、氢能、风能等清洁能源，提高能源的利用效率，发展节能技术以及改变人类的消费习惯，尽可能减少石化燃料的使用。另一方面则是加大CO₂的处置和利用，这包括捕集和封存技术，进行油气开采，微藻利用以及化工利用等。

在CO₂利用方面，虽然经济和风险评估表明CO₂的有机化工利用是一个值得大力发展的方面，但由于CO₂是个不活泼分子，化学性质稳定，需采用高温、高压或使用催化剂才能使其反应。一般情况下，CO₂催化加氢反应的转化率和收率都不太高，目前还难以经济规模地推广应用。而热化学循环分解和利用CO₂系统由于有其独特的优越性，近些年来得到了不少科学研究者们的关注和研究，其中，基于金属氧化物对氧化还原的热化学循环分解二氧化碳系统是主要的研究方向之一。

基于金属氧化物对氧化还原的热化学分解二氧化碳和水循环通常由两步组成：第一步是金属氧化物在高温下分解产生氧气和金属单质或者较低化合价的金属氧化物；第二步是金属单质或者较低化合价的金属氧化物在较低温度下发生二氧化碳分解反应来制取一氧化碳。整个过程可以表示如下：

1/xMO₂→1/x MO_2-x+1/2O₂   (1)

1/xMO_2-x+CO₂→1/xMO₂+CO   (2)

第一步分解反应是一个高温吸热的过程，通常需要很高的反应温度(>1600℃)，因此必须采用太阳能聚光高温热源来驱动反应进行。第二步二氧化碳分解反应是放热的过程，其反应温度相对较低。由式(1)和式(2)很容易看出：整个过程的总反应就是CO₂→CO+O₂。

可以看出，两步式热化学循环关键的问题在于第一步分解反应温度过高。因此，如何运用新的方法改善反应条件，使分解温度降低十分重要。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于钛锌复合氧化物的光热化学联合循环分解CO₂制备CO的新方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种光热化学循环分解二氧化碳制备一氧化碳的方法，具体包括下述步骤：

(1)确定通式Ti_xZn_1-xO_1+x中x的值，且x的取值范围为0.1～0.9，然后根据通式Ti_xZn_1-xO_1+x中锌(Zn)和钛(Ti)的摩尔比，称取硝酸锌Zn(NO₃)₂·6H₂O和钛酸丁酯Ti(OBu)₄；再量取去离子水，将称取的硝酸锌加入去离子水中溶解，并加入适量(4～6ml)冰醋酸HAc抑制水解；然后再量取无水乙醇EtOH加入，即制得溶液A；

其中，去离子水与钛酸丁酯的体积比为3：10，即H₂O：Ti(OBu)₄为3：10；无水乙醇EtOH与钛酸丁酯的体积比为3：1，即EtOH：Ti(OBu)₄为3：1；

(2)将步骤(1)中称取的钛酸丁酯加入无水乙醇EtOH中，制得溶液B(并剧烈搅拌)；其中，钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为1：3，即Ti(OBu)₄：EtOH为1：3；

(3)将步骤(1)中得到的溶液A(缓慢)倒入正在搅拌的步骤(2)中得到的溶液B中，在室温下持续搅拌至凝胶；