[发明专利]一种利用水溶液中短链脂肪酸制备烷烃和氢气的方法

说明书

本发明涉及一种利用水溶液中短链脂肪酸制备烷烃和氢气的方法。该方法包括以下步骤：1)将短链脂肪酸的水溶液和半导体光催化剂混合，得到混合液；2)在紫外光或可见光照射下，将混合液在无氧、温度为30～70℃的条件下进行光催化反应，即得混合气体。该方法是以水溶液中低浓度的短链脂肪酸为光催化反应的牺牲剂，通过光催化反应制备烷烃和氢气。该方法可以将厌氧发酵制取氢气的废液中短链脂肪酸转化为烷烃和氢气，也可用于将其他废水中低浓度的短链脂肪酸转化为烷烃和氢气，具有简单、高效、绿色友好、成本低等优点。

技术领域

本发明属于半导体光催化技术领域，具体涉及一种利用水溶液中短链脂肪酸制备烷烃和氢气的方法。

背景技术

能源短缺和环境污染是我国经济和社会发展面临的两大难题，我国的能源结构中70％依靠煤和石油等化石能源，清洁能源的比重较小。而化石能源的大量使用，带来严重环境污染问题。为了摆脱能源和环境问题两大难题，必须大量发展清洁、可再生的新能源。相对化石能源而言，烷烃、氢气是相对清洁、可再生能源载体，是21世纪清洁能源发展方向。传统烷烃、氢气的制取还是主要依靠煤、石油、天然气等不可再生化石能源，只有很少量甲烷来源微生物。相对化石能源来说，生物质、固体有机废弃物、高浓度有机废水是制取氢气和烷烃可再生资源，在前期基于上述可再生资源制取氢气研究中，生物制氢后的废液含有低浓度短链脂肪酸，该脂肪酸需要继续利用，从而提高单位生物质氢气的转化率。目前，从该废液中分离这些低浓度短链脂肪酸(0.1～2g/L)非常不经济，因此，急需开发一些新技术来充分利用这部分短链脂肪酸。

在如何利用这些脂肪酸的研究中，传统方法是用甲烷细菌把这些短链脂肪酸转化为甲烷，由于脂肪酸的浓度很低，转化效率比较低，且甲烷细菌易受到重金属、毒物、pH等影响。另一种方法是采用光合细菌在无氧条件下将这些短链脂肪酸转化为氢气，光合细菌培养成本比较高，转化时间比较长，经济效益也不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用水溶液中短链脂肪酸制备烷烃和氢气的方法，从而解决现有技术中，生物制氢废液中低浓度短链脂肪酸的利用存在的转化成本高、转化效率低的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种利用水溶液中短链脂肪酸制备烷烃和氢气的方法，包括以下步骤：

1)将短链脂肪酸的水溶液和半导体光催化剂混合，得到混合液；

2)在紫外光或可见光照射下，将混合液在无氧、温度为30～70℃的条件下进行光催化反应，即得混合气体。

所述短链脂肪酸的碳原子数为2～6个。优选的，所述短链脂肪酸为乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸中的一种或组合。

所述半导体光催化剂为TiO₂、SnO₂、WO₃、Cu₂O、Bi₂WO₆中的一种或组合。所述半导体光催化剂的形貌不限；优选的，半导体光催化剂的粒径为50～500nm。

优选的，半导体光催化剂以固体悬浮在混合液中，以实现半导体光催化剂良好分散并使光催化反应平稳进行。可采用超声分散来达到上述目的。

优选的，混合液的pH＝4～6。所述混合液中，短链脂肪酸的浓度为0.1～3.0g/L。短链脂肪酸与半导体催化剂的质量比为0.1～3.0：0.1～1.0。

紫外光的光源的功率为300～500W，可见光的光源的功率为300～500W。紫外光源可选择高压汞灯，可见光源可选择高压氙灯。

在所述光催化反应中，可通过通入氮气或其他惰性气体的方法使光催化反应在无氧条件下进行。光催化反应的温度为30～70℃，可通过循环水或其他方式来控制反应温度，温度越高，光催化效率越高。