[发明专利]一种表面负载有稀土改性的二氧化钛的光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源与环境领域，具体地，涉及一种表面负载有稀土改性的二氧化钛的光纤及其制备方法。

背景技术

大量温室气体如CO₂、CH₄等的排放引起的温室效应已成为全球关注热点。近年来，人类生产活动引起的大气中CO₂浓度的增加已加速了温室效应对全球气候的影响，如何有效地控制CO₂排放已成为各国的当务之急。由于煤炭是我国最主要的一次能源，我国CO₂的排放主要来自于燃煤，这其中又以燃煤电厂为主，因此，找到一种有效控制电厂CO₂排放的技术迫在眉睫。

目前，燃煤CO₂排放控制技术主要分为三大类：一类是燃后控制技术，包括化学方法、物理方法等；一类是燃前控制技术，主要是煤气化技术；一类是富氧燃烧技术。各种CO₂控制方法存在的问题有：能耗高、成本高、回收的CO₂利用率低。

利用光催化还原的方法将富氧燃烧烟气中的高浓度CO₂转化为甲醇等燃料是一种颇具潜力的减排并同时利用CO₂的有效办法。它采用半导体材料(一般是锐钛矿型的TiO₂)作为催化剂，当能量高于半导体禁带宽度的光照射到催化剂表面时，就会激发半导体内的电子从价带跃迁至导带，形成具有很强活性的电子空穴对，使得CO₂的还原反应得以进行。该方法能耗低、成本低、无污染，在降低CO₂排放的同时还实现了CO₂的资源化利用。

其中，光催化反应器对光催化还原CO₂的效率及甲醇产率有重要影响，但是现有光反应器，例如悬浮液反应器、常规固定床反应器存在催化剂光利用率低、比表面积小、难以回收等缺点，不利于光催化反应的进行。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种表面负载有稀土改性的二氧化钛的光纤及其制备方法。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种制备表面负载有稀土改性的二氧化钛的光纤的方法，所述方法包括：去除光纤表面的有机包覆层，将去除了有机包覆层的光纤全部浸入掺杂有稀土的二氧化钛溶胶中，静置，然后取出光纤并依次进行成膜处理、干燥处理和煅烧处理。

第二方面，本发明提供了上述方法制备得到的表面负载有稀土改性的二氧化钛的光纤。

利用本发明的方法在光纤表面负载稀土改性的二氧化钛，得到表面负载有稀土改性的二氧化钛的光纤，并利用该光纤制备光纤式光催化反应器，得到一种能够提高甲醇产率、内部设置有负载稀土改性的纳米TiO₂层的光纤的结构紧凑型光纤式光催化反应器，利用该光纤式光催化反应器将含有CO₂的物料(如富氧烟气)中的CO₂转化成甲醇，甲醇产率高(本发明的甲醇产率均在200μmol/h/g(即每克催化剂每小时制备得到200μmol甲醇)以上，可高达500μmol/h/g，而现有方法中甲醇产率一般低于100μmol/h/g)、光利用率高、催化剂比表面积大、易回收、能耗低、成本低、无污染，在降低CO₂排放的同时还实现了CO₂的资源化利用。具体地，在本发明中，(1)在光纤外表面负载稀土改性的纳米TiO₂层，使得催化剂在CO₂转化甲醇的光催化还原反应中具有更高的催化活性。(2)催化剂直接负载在光纤表面，避免了传统的固定式光催化反应器中存在的反应介质对光的吸收和散射，光利用率大大提高；催化剂的表面积也大大提高，增强了反应器的处理能力。(3)根据本发明的一种优选的实施方式，本发明中采用双光源，能够提供更强、更均匀的侧面发光强度。(4)根据本发明的一种优选的实施方式，本发明中反应器的内壁设置有铝箔反光层，提高了光利用率；反应器的外部包覆有加热带，便于控制反应器温度及产物收集。(5)根据本发明的一种优选的实施方式，本发明采用光纤固定架固定光纤，能够使光纤均匀地布置于反应器中，也使得光纤拆卸更为灵活、方便；另外，光纤固定架还能够促进CO₂气流与光纤外表面的稀土改性的二氧化钛充分接触，提高传质效果和反应速率。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1中光纤式光催化反应器的结构示意图。