[发明专利]一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法及装置，属于二氧化碳催化还原技术领域。

背景技术

鉴于清洁、高效的新能源，譬如太阳能、核能、风能等，目前仍不能广泛代替常规传统化石能源，化石能源仍将作为主要的燃料被使用，因此，化石能源的燃烧利用仍是碳排放的主要贡献途径，大气中二氧化碳含量持续增加，“温室效应”导致的全球变暖不可遏制。

为减少二氧化碳向大气中的排放，对于二氧化碳固定与捕集的研究热度至今不减，化学方法用于二氧化碳的固定与捕集，如活化热钾碱法、烷基醇胺法（包括一一醇胺法、甲基二乙醇胺法等）及碳化法等已应用于实际生产过程。另外，发明CN106178817A、CN101423214A分别公开了用于二氧化碳固定与捕集的吸附法和化学吸收法。

一方面，二氧化碳是温室气体是不争的事实，另一方面，作为资源，二氧化碳具有较高的工业及民用价值。其可用作冷却剂（原子能反应堆的冷却剂、食品的冷却冷冻等）、压力剂（用作粉末灭火剂的压出剂、碳酸饮料、鲜啤酒压出剂等），用作气肥、蔬菜保鲜剂及用于合成尿素等等。就成本-效益角度而言，将二氧化碳资源化并将其转化为具有高附加值的物质资料更具重要的实际意义，利用光催化手段将二氧化碳催化还原转化为有机物及其它化学品为有效的途径之一。发明CN104478656A采用TiO₂或Bi₂YO₃光催化剂、CN1051266 09A采用Y掺杂的TiO₂光催化剂并以Na₂CO₃或Na₂SO₃水溶液为光催化反应介质，在光照及二氧化碳气体以一定量流速通入反应介质条件下，实现了将二氧化碳转化为甲酸、甲醇等还原产物。然而，上述发明光催化反应过程中，二氧化碳气体始终以一定量流速通入反应介质中，存在二氧化碳的还原利用率低，导致大部分二氧化碳排入大气的问题，另一方面，还原产物溶解于反应介质并存在与反应介质发生反应的问题，不利于后续对产物的回收、分离；发明CN104016825A公开了一种利用太阳光和光热催化剂直接将二氧化碳转化为有机燃料的技术，该发明另需以氢气为还原剂，因此致使生产成本高。

发明内容

本发明为了克服现有二氧化碳催化还原技术的不足，提供一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法，该方法能够提高二氧化碳利用率及为光催化还原产物的回收、分离效率。

一种固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的方法，包括以下步骤：

（1）将CO₂吸收体系加入到压力吸收反应釜中，通入CO₂气体，在搅拌速度为300~600 rpm/min的条件下吸收处理1~2h得到吸收处理液；其中CO₂吸收体系为叔胺、水和光催化剂的混合物，叔胺和水的体积比为1:(1~6)，CO₂气体的体积为，为叔胺的摩尔量，Vm为气体摩尔体积，CO₂气体的流量为0.5 ~ 10 L/s，光催化剂为纳米TiO₂、纳米BiFeO₃、掺杂改性纳米TiO₂或掺杂改性纳米BiFeO₃；

（2）将步骤（1）所得吸收处理液加入到光催化反应器中，在光照、搅拌速度为120~180rpm/min的条件下光催化反应0.6~1h得到含甲醇的光催化反应液；

（3）将步骤（2）所得光催化反应液替代步骤（1）中的CO₂吸收体系加入到压力吸收反应釜中循环进行步骤（1）的吸收处理过程和步骤（2）的光催化反应过程，循环5~10次，将光催化反应液离心分离，静置，固体光催化剂附着在离心机底部及底部侧壁，离心液下层为甲醇的水溶液，上层为油相叔胺；

所述步骤（1）中叔胺为N,N-二甲基环己胺、N,N-二甲基苄胺的一种或任意比两种，光催化剂的加入量为1.0~ 4.9g/L。

本发明的另一目的是提供所述方法的固定二氧化碳及光催化还原二氧化碳的装置，该装置包括气体贮存罐1、压力吸收反应釜2、配料箱3、光催化反应器Ⅰ4、光催化反应器Ⅱ5，离心机6，气体贮存罐1、压力吸收反应釜2平行设置，光催化反应器Ⅰ4、光催化反应器Ⅱ5平行设置且位于压力吸收反应釜2的侧下方，配料箱3、离心机6平行设置且位于光催化反应器Ⅰ4的下方，