[发明专利]一种甲烷光催化氧化制备甲醛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲烷光催化氧化制备甲醛的方法，属于化工技术领域。

背景技术

甲烷是一种全球变暖潜能(GWP)很高的强温室气体，富含于煤层气中。如不加以充分利用，对环境和能源都产生一定的影响。同时，甲烷还广泛用于催化氧化制备甲醛。我国主要的甲醛制备工艺是“银法”，精甲醇在银催化剂作用下经过氧化、脱氢反应生成甲醛。如果直接将甲烷催化氧化为甲醛，成本将会大大降低。但是甲烷催化氧化制备甲醛转化率很低，并且普遍反应温度很高。因此，寻找一种更为有效的催化方法成为研究热点。

光催化技术由于其高效、节能等特点引起了广大研究学者的注意。光催化氧化甲烷制备甲醛工艺简单，甲醛转化率高，反应温度低，还可以大大节约成本。因此，寻找一种有效的光催化氧化甲烷催化剂成为重中之重。

发明内容

本发明的目的是提供一种甲烷光催化氧化制备甲醛的方法，该方法解决了甲烷催化氧化制备甲醛转化率低，反应温度高等缺陷。本发明提供了一种分子筛负载锌、钼氧化物催化剂将甲烷光催化氧化为甲醛的工艺方法，该工艺方法简单，甲醛转化率高，并且反应温度低。

本方法的特点是甲烷光催化氧化制备甲醛反应是在气相光催化反应仪中进行；以高压汞灯(500W)为光源(线性光源)；以分子筛负载锌、钼氧化物为催化剂；光催化剂均匀置于固定床反应器中部；封闭体系；在常压下即可反应；甲烷和空气体积比为1：99；需要控制反应温度，一般反应温度范围是80～110℃；反应时间范围为0～1000min；光照前，需要达到吸附平衡。

本发明提供一种甲烷光催化氧化制备甲醛的方法，其步骤如下：

1、水热法制备分子筛负载锌、钼氧化物催化剂

(1)称量一定质量的硫酸锌溶于一定体积的水中，加入反应釜中；一般硫酸锌的质量范围为0.1g～1g；一般水的体积为0～20ml；

(2)量取一定体积的苯胺或乙二胺水溶液加入到釜中，剧烈搅拌；一般苯胺或乙二胺水溶液体积为5～20ml；一般苯胺或者乙二胺与水的体积比值为0～10；

(3)称量一定质量的钼酸铵溶于水中，配成溶液；一般钼酸铵水溶液浓度为0～1mol／L；

(4)量取一定体积的钼酸铵溶液加入到反应附中，搅拌均匀；一般钼酸铵溶液体积为0～5ml；

(5)将一定质量的分子筛加入反应釜中；一般分子筛质量范围为0～10g；

(6)密封，使反应体系成为封闭体系；

(7)升温到指定温度T，并设置在反应温度下的反应时间；一般反应温度范围为100～180℃；一般反应时间范围为1～24h；

(8)反应结束后，待反应产物降至室温，取出反应物；

(9)将反应产物洗涤数遍，真空干燥；

(10)产物干燥后，300～700℃煅烧活化1～5h。

2、甲烷光催化氧化制备甲醛

光催化实验在气相光化学反应仪中进行，以高压汞灯为光源(线性光源)，将上述所制备的光催化剂均匀置于气相光催化反应仪中部，在常压下，按一定比例通入甲烷和空气，并升温至设定温度(80～110℃)，达到吸附平衡后进行辐照反应，一段时间后，甲烷转化率可达90％以上。

具体实施方式

实施实例1：

将0.1g～1g的硫酸锌溶于0～20ml水中，量取体积比为0～10的苯胺水溶液5～20ml加入到反应釜中，然后将0～5ml浓度为为0～1mol／L的钼酸铵溶液加入反应釜中，再将0～10g的分子筛加入到反应釜中，搅拌均匀，密封，120℃，反应10h，待反应完成后，取出反应物，分别用水和无水乙醇洗涤数次，然后450℃煅烧2h。

甲烷光催化氧化制备甲醛实验在气相光化学反应仪中进行，以高压汞灯(500W)为光源(线性光源)，将上述所制备的光催化剂均匀置于气相光催化反应仪中部，在常压下，按一定比例通入甲烷和空气，并升温至100℃，达到吸附平衡后进行辐照反应，一段时间后，甲烷转化率可达92％。

实施实例2：

将0.1g～1g的硫酸锌溶于1～20ml水中，量取体积比为2～10的乙二胺水溶液5～20ml加入到反应釜中，然后将0～5ml浓度为为0～1mol／L的钼酸铵溶液加入反应釜中，再将0～10g的分子筛加入到反应釜中，搅拌均匀，密封，120℃，反应10h，待反应完成后，取出反应物，分别用水和无水乙醇洗涤数次，然后450℃煅烧2h。