[发明专利]一种低温等离子体-光耦合甲烷制甲醇的催化剂的制备方法及制备甲醇的方法

说明书

一种低温等离子体‑光耦合甲烷制甲醇的催化剂的制备方法及制备甲醇的方法，将0‑20mg Cu‑C催化剂加入到1‑5mL水中，超声分散均匀得到混合液，将混合液倒入DBD反应器中，反应条件为常温、常压，CH₄流速为5‑30mL/min，放电功率为5‑50W，得到甲醇。本发明采用低温等离子体催化CH₄和H₂O一步转化制甲醇，选用廉价易得的H₂O为氧化剂，抑制了CH₄的过度氧化，同时H₂O还可作为吸收剂，将产生的CH₃OH及时转移到液相中，有效地抑制了产物的分解。由于等离子体可以产生高能电子，在常温常压下即可活化CH₄，因此避免了苛刻的反应条件。

技术领域

本发明涉及一种催化反应技术领域，具体涉及一种低温等离子体-光耦合甲烷制甲醇的催化剂的制备方法及制备甲醇的方法。

背景技术

甲烷(CH₄)是天然气和沼气的主要成分，且含量丰富。由于甲烷在使用中存在着运输成本昂贵的问题，使得甲烷的直接使用变得不经济。因此，将甲烷转化成液体燃料和化学品具有更高的经济价值。而且甲醇是化工生产中重要的原料，于是将甲烷氧化制成甲醇成为优选。现在工业上甲烷制甲醇的成熟路线是合成气路径。第一步先将甲烷与水蒸气反应得到合成气，第二步再将合成气反应生成甲醇。但此过程需要高温(450—550℃)、高压(30—50bar)的条件，不利于实现。与其相比，在常温常压条件下将甲烷直接一步氧化制甲醇具有更高的经济性。

现有技术的缺陷和不足：在传统热催化甲烷制甲醇技术中，所需条件为高温高压，条件苛刻。常规等离子体催化体系中，甲烷易过度氧化。光电催化体系中，产量较低。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种低温等离子体-光耦合甲烷制甲醇的催化剂的制备方法及制备甲醇的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低温等离子体-光耦合甲烷制甲醇的催化剂的制备方法，将Cu(NO₃)₂·3H₂O和BTC溶解在水、乙醇和DMF的混合溶液中，搅拌均匀，然后在80℃-170℃下晶化4-40h，纯化后热处理，得到Cu-C催化剂。

本发明进一步的改进在于，Cu(NO₃)₂·3H₂O和BTC的质量比为(2-10)：(1-5)。

本发明进一步的改进在于，水、乙醇和DMF的体积比为(18-90)：(18-90)：(18-90)。

本发明进一步的改进在于，Cu(NO₃)₂·3H₂O与水的比为(2-10)g：(18-90)mL。

本发明进一步的改进在于，纯化的具体过程为：对晶化后产物进行过滤和洗涤，然后在DMF中浸泡1-3天，再于丙酮中浸泡1-3天，过滤，干燥。

本发明进一步的改进在于，在DMF中浸泡时，每12h更换一次DMF；在丙酮中浸泡时，每12h更换一次丙酮。

本发明进一步的改进在于，热处理具体过程为：在流动氮气中将纯化后的产物在400℃-600℃下热处理1-5h。

一种制备甲醇的方法，将0-20mg Cu-C催化剂加入到1-5mL水中，超声分散均匀得到混合液，将混合液倒入DBD反应器中，反应条件为常温、常压，CH₄流速为5-30mL/min，放电功率为5-50W，得到甲醇。