[发明专利]一种光电催化还原二氧化碳制备乙醇的方法

说明书

一种光电催化还原二氧化碳制备乙醇的方法，涉及一种制备乙醇的方法，该方法利用具有高光电催化特性的还原氧化石墨烯/二氧化钛纳米管复合材料作为光电催化反应电极，利用该复合材料的较强吸附性能吸附大气中的二氧化碳并附着于该电极表面，以高纯度铂片作为负电极，以碳酸氢钠水溶液作为电解液，采用恒压直流电源提供所需电压，采用紫外灯提供紫外线光照，将二氧化碳还原为清洁能源乙醇。本方法将大气中的温室气体二氧化碳进行资源化利用；采用还原氧化石墨烯/二氧化钛纳米管复合材料可提高反应体系中二氧化碳的光电催化效率；多孔状纳米材料还原氧化石墨烯可以有效的吸附大气中的二氧化碳气体；采用紫外灯光照可有效促进光电催化反应，增加乙醇产量。

技术领域

本发明涉及一种制备乙醇的方法，特别是涉及一种光电催化还原二氧化碳制备乙醇的方法。

背景技术

能源危机和环境污染成为了二十一世纪人类发展道路上的主要障碍。随着中国工业化的飞速发展，在国民经济不断增长的同时，工业尾气的大量排放对于大气环境的污染也呈现陡增趋势，给人们的生产、生活带来了诸多不便，近二十年来由于大量的化石染料燃烧排放的大量二氧化碳导致了全球变暖，冰川融化，海平面升高，气候变化异常，严重影响了地球生物的正常生活，其中，海平面上升无情的吞噬了人类赖以生存的陆地，图瓦卢全国仅剩一条马路，多数沿海国家及地区的土地面积均呈现缩小态势。因而，温室效应的不利影响对人类的生存影响巨大。

由于化石燃料的大量使用，世界石油产量将在2020～2030年达到最高峰，这导致能源损耗过大，使得我们长期依赖的短时间无法再生的能源存在危机，由于我国的石油资源相对短缺，目前中国对进口石油的依存度已高达50%，可再生能源代替不可再生能源是解决这一能源问题最为有效的方法。乙醇由于其具有清洁、绿色、环保等特性得到了社会各界的广泛认可，成为了一种应用较为广泛的可再生清洁能源。

石墨烯是仅有一层原子厚度的二维蜂巢状晶体，自2004 年被发现以来，因其独特的结构和十分优异的机械性能、热学性能、电学性能等，在化学、物理、生物医学、材料科学等领域迅速掀起了研究热潮，由于石墨烯材料表面还有较为丰富的集团，因而比较容易进行反应，石墨烯是由苯六元环构成的二维原子晶体，每个碳原子均为SP2杂化，并贡献剩余的1个P轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，这赋予了石墨烯良好的导电性，因而石墨烯在光电催化领域中具有广泛的应用前景。

TiO₂单晶电极可光分解水以来，半导体光电催化技术开始引起人们的极大关注。半导体二氧化钛具有廉价、无毒、性能稳定、无二次污染等特点，且二氧化钛可在常温常压下进行反应，在光降解大气以及水中污染物方面具有广阔的应用前景。最近研究发现，将石墨烯与半导体光催化材料复合能够有效提高光催化还原二氧化碳的效率。

结合石墨烯及二氧化钛在光电催化反应中存在的优点，本发明采用还原氧化石墨烯/纳米二氧化钛作为光催化剂在光电催化的条件下将二氧化碳转化为乙醇，在有效降低大气中二氧化碳浓度的基础上，将温室气体二氧化碳转化为可作能源进行利用的乙醇，以实现对二氧化碳的有效回收及资源化利用，做到变废为宝，具有一定的研究价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电催化还原二氧化碳制备乙醇的方法，本发明利用还原氧化石墨烯/二氧化钛纳米管复合材料，实现光电催化还原二氧化碳产乙醇的方法，该方法可有效的将二氧化碳转换为乙醇等有机物。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种光电催化还原二氧化碳制备乙醇的方法，所述方法包括以下制备步骤：

1）采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管，以钛片作为阳极以紫铜片作为阴极，配制HF0.2%wt的水溶液作为电解液，施加20V的外加电压，反应30min后，将其置入程控箱式电炉中，进行500℃退火2h以制备二氧化钛纳米管；

2）采用改良后的Hummers浓碱水热法，以分析纯石墨粉作为原材料，制备具有高光电催化特性的还原氧化石墨烯；