[发明专利]一种中高温甲烷干重整的介孔光热催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种中高温甲烷干重整的介孔光热催化剂及其制备方法和应用，属于太阳能光热转换及光热催化剂的制备方法领域，采用浸渍法负载热催化剂Ni至介孔TiO₂光催化剂表面，形成纳米Ni颗粒负载于介孔TiO₂表面的Ni‑介孔TiO₂光热催化剂。本发明提供的中高温甲烷干重整光热协同催化剂，制备简单、易于操作，在400～600℃具有良好的光热协同催化活性，相比较于传统的Ni基热催化剂，其活性明显提升，因此本催化剂具有较高的工业化应用水平和前景。

技术领域

本发明属于太阳能光热转换及光热催化剂的制备方法领域，涉及一种中高温甲烷干重整的介孔光热催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源的日益减少以及越来越严峻的环境问题，迫使人们寻求各种清洁的可再生能源技术。太阳能在众多的可再生能源当中，具有得天独厚的优势，即资源总量大、分布广泛，且没有资源枯竭的问题。因此如何高效的利用太阳能进行能源转化，成为众多学者的研究重点。

太阳能转化技术既包括利用单晶硅/多晶硅等半导体材料的光电效应而直接进行光能-电能的光伏转化技术，也包括利用聚光式太阳能加热工质，并利用蒸汽动力朗肯循环/CO₂布雷顿循环等进行光能-内能-电能的光热转化技术，还包括利用太阳能作为热源，并在催化剂作用下进行水/CO₂/碳氢化合物分解的光-化学催化转化技术。这当中，基于光催化剂的太阳能光催化转化技术越来越受到人们的重视。太阳能光催化转化技术即可用于清洁能源的生产(如光催化水分解制氢技术、光催化CO₂分解循环利用技术等)、也可用于VOCs及有机废液催化分解环境治理技术。不论在何种技术当中，光催化剂的设计与制备都是其中的核心关键。

目前，国内外常见的用于光催化转化的催化剂包括TiO₂、C₃N₄等，其主要应用场合为利用太阳能紫外光谱激发光催化活性，进行光催化水分解制氢、光催化处理有机污染物等，应用温度范围多为室温环境。此外，还有一些学者，开发了Ni基、Ru基等传统的热催化剂，着重利用聚光太阳能形成高温热源，以驱动Ni基、Ru基热催化剂实现碳氢化合物的重整催化反应，制取太阳燃料，其应用温度区间多为中高温环境。目前绝大多数的研究对单独的光催化剂或热催化剂进行了较多的研究，并取得了相应的成果，开发了不同系列的催化剂。然而，太阳光具有宽光谱特性，催化剂对不同光谱区间活性响应显著影响其催化效果，而开发利用聚光太阳能进行甲烷干重整的光热协同催化制太阳燃料的催化剂还很少有报道。

综上所述，开发制备一种能够应用于中高温环境条件的高效的甲烷干重整反应的光热协同催化剂，并将之用于聚光太阳能甲烷重整反应仍然是一个十分具有挑战的难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种中高温甲烷干重整的介孔光热催化剂及其制备方法和应用，解决现有的甲烷干重整催化剂难以进行光热协同催化的问题，具有孔径可控的Ni基-介孔TiO₂光热协同催化剂的制备方法，且制备方法过程简单可靠。利用该方法制备优良活性的Ni基-介孔TiO₂光热协同催化剂，并需要该催化剂在甲烷干重整反应中表现出相比较于单纯光催化或热催化更为优良的催化活性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种中高温甲烷干重整的介孔光热催化剂，为Ni-介孔TiO₂催化剂，介孔光热催化剂中Ni的质量百分比为2％～8％。

优选地，介孔光热催化剂中Ni的质量百分比为为4.8％。

优选地，TiO₂孔径范围为4～9nm。

进一步，TiO₂孔径优选为8.4nm。