[发明专利]二氧化碳等离子分解用催化剂及其制备方法、二氧化碳等离子分解用催化系统及其应用

说明书

本发明提供了一种二氧化碳等离子分解用催化剂及其制备方法，包括球形载体和负载于球形载体上的非贵金属氧化物；其中，球形载体包括氧化铝、氧化钛、13X分子筛和氧化硅中的一种或多种；非贵金属氧化物的质量为球形载体质量的1～40％。本发明还提供了二氧化碳等离子分解用催化系统和应用，将本发明提供的催化剂填充于系统中，与等离子体相适应，有效降低等离子体的活化能垒，进而提高等离子分解二氧化碳过程中的能量效率。实施例的结果表明，将本发明所提供的催化剂用于等离子体分解二氧化碳系统中，二氧化碳的转化率高达25％，而能量效率高达25％。

技术领域

本发明属于二氧化碳等离子分解技术领域，尤其涉及一种二氧化碳等离子分解用催化剂及其制备方法、二氧化碳等离子分解用催化系统及其应用。

背景技术

随着工业的不断发展，化石能源的消耗日益增加，二氧化碳的排放量迅速增加。众所周知，二氧化碳作为一种温室气体，其排放量增加会导致全球变暖，并引发一系列的生态问题。二氧化碳不仅是一种温室气体，同时也是一种宝贵的碳资源，被称为“二十一世纪的新碳源”：据估计，地球上二氧化碳的含碳量是煤、石油、天然气等化石燃料含碳量的十倍。无论从碳资源充分利用的角度，还是环境生态保护的角度，解决二氧化碳排放问题、探索合理利用二氧化碳资源的有效途径都具有十分重要的意义。

目前解决二氧化碳排放的方法有地质封存、微藻固定以及化学转化。其中，化学转化法可以将二氧化碳转化成有用的化学品，是减少碳排放并且综合利用二氧化碳资源的最佳选择。常用的二氧化碳化学转化法有二氧化碳和甲烷的干式重整制备合成气；二氧化碳加氢制备甲烷、甲醇或二甲醚等化合物；二氧化碳还可以直接分解成一氧化碳和氧气，而一氧化碳可以作为合成众多高附加值的化工产品的原料。

但是，二氧化碳是直线型对称三原子分子，分子结构非常稳定，若采用常规热催化的方法，不仅需要较高的温度，消耗大量的能量，并且存在高温条件下催化剂失活的问题。

低温等离子体放电会在低温的条件下产生大量活性物种(中性原子、激发态分子以及自由基)和高能电子(1-10eV)，该能量足够分解二氧化碳分子 (分解二氧化碳的标准摩尔反应焓为2.9eV)，进而低温等离子分解二氧化碳技术受到广泛关注。但是低温等离子分解二氧化碳转化率受放电功率影响，要获得较高的二氧化碳转化率，必须提高放电功率，不可避免地会导致能量效率低的问题，限制了等离子体在分解二氧化碳中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种二氧化碳等离子分解用催化剂及其制备方法、等离子体-催化剂系统及其应用，本发明在等离子分解二氧化碳过程中，采用制备得到的催化剂，具有较高的能量效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种二氧化碳等离子分解用催化剂，包括球形载体和负载于所述球形载体表面的非贵金属氧化物；所述球形载体包括氧化铝、氧化钛、 13X分子筛和氧化硅中的一种或多种；所述非贵金属氧化物的质量为球形载体质量的1～40％。

优选的，所述非贵金属为钼、钴、铁、铜和镍中的一种或两种。

优选的，所述球形载体的粒径为1～5mm。

本发明提供了上述技术方案所述二氧化碳等离子分解用催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将球形载体在非贵金属盐溶液中进行浸渍，得到催化剂前躯体；所述浸渍的时间为0.5～2h；

所述非贵金属盐溶液中非贵金属离子的质量以相应氧化物的质量计，所述非贵金属氧化物的质量为干燥后球形载体质量的1～40％；

(2)将所述步骤(1)得到的催化剂前躯体依次干燥后，在氩气气氛下进行放电处理，得到二氧化碳等离子分解用催化剂。