[发明专利]一种用于二氧化碳加氢还原反应的镁基光热催化材料、制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种用于二氧化碳加氢还原反应的镁基光热催化材料及其制备方法，是将锂霞石LiAlSiOsubgt;4/subgt;粉末与镁粉混合均匀后热压烧结得到，所述锂霞石在所述镁基光热催化材料中的质量百分比为3～10％。本发明还公开了该镁基光热催化材料在将二氧化碳还原为一氧化碳和/或甲烷中的应用。本发明利用固相反应法制得镁基光催化材料，该方法操作简单，获得材料性能优异、选择性强，可批量用于工业生产；本发明的镁基光催化材料可以在太阳能集热管中实现二氧化碳还原，该复合材料可以在大气压下使用，用于还原反应的装置简单，成本低，易于推广；本发明探索了镁合金的前景广阔的应用，为设计太阳能驱动热催化COsubgt;2/subgt;的高效催化剂提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，具体涉及一种用于二氧化碳加氢还原反应的镁基光热催化材料、制备方法及用途。

背景技术

由于化石燃料燃烧、工业废气及各种尾气的排放释放出大量CO₂气体，导致温室效应加剧等一系列环境问题。因此，工业上使用催化加氢的方式将二氧化碳气体选择性地转化为其他具有高应用价值的物质(CO，CH₄，CH₃OH)。由于太阳能是一种绿色，可持续的能源，利用太阳光驱动催化反应解决环境问题是一种可行的、经济的方式。其中，光催化直接利用太阳光实现二氧化碳的加氢转化，但受制于极低的太阳能利用率。此外，光热催化的转化效率也远低于工业化的要求。而利用黑色物质对太阳光中紫外到红外波段的吸收，将太阳能转化为热能，热能驱动催化反应，可实现较高太阳能利用率和甲烷转化率。值得注意的是，光驱动热催化要求催化剂具有高活性、选择性和稳定性。尤其在CO₂还原过程中，吸附CO₂和H₂并引发氧化还原反应的活性位点各不相同。

传统的二氧化碳甲烷化的催化剂主要包括非贵金属基(如Ni，Cr，Fe，Mo)和贵金属基(如Ru，Rh，Pt，Pb)。非贵金属中Ni基催化剂催化活性好，但具有稳定性低，易失去催化活性的缺点。而铁，铬，钼催化活性低于镍，会出现硫化等失活的状况。贵金属基的催化剂虽具有优异的低温甲烷化活性，但资源有限，价格昂贵，难以大规模应用。而镁资源具有储量大，不依赖进口，价格相对较低的优点，可以降低成本。此外，镁基催化剂具有稳定性高，不易失活的优势，有利于反应的平稳进行。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种用于二氧化碳加氢还原反应的镁基光催化材料。

本发明为了实现其目的，采用的技术方案是：

一种用于二氧化碳加氢还原反应的镁基光热催化材料，是将锂霞石LiAlSiO₄粉末与镁粉混合均匀后热压烧结得到，所述锂霞石在所述镁基光热催化材料中的质量百分比为3～10％，优选3～7％。

上述的用于二氧化碳加氢还原反应的镁基光热催化材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将锂霞石粉碎为粉末状，然后与镁粉均匀混合，得混合粉末；

S2：将混合粉末放入热压烧结炉中，抽真空，以5～25℃/min的升温速率将混合粉末从室温升至500～600℃，同时控制环境压力为23～27MPa，保温保压50～70min，然后随炉冷却至室温，即得镁基合金。

步骤S1中将锂霞石粉碎至100～300目后与镁粉采用球磨的方式进行混合，球磨的球料比为8～12:1，转速为70-90r/min，球磨时间为2-3h。

优选地，步骤S1中将锂霞石粉碎至200目后与镁粉采用球磨的方式进行混合，球磨的球料比为10:1，转速为80r/min，球磨时间为2.5h。

步骤S2中升温速率为20℃/min，升温终点为550℃，环境压力为25MPa，保温保压时间为60min。

优选地，步骤S2中将混合粉末放入石墨模具中，然后置于热压烧结炉中。