一種光催化合成氨的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光催化合成氨的方法，在反應(yīng)釜中加入水后，再向反應(yīng)釜中加入催化劑，超聲攪拌混合物；通入氮氣，保持磁力攪拌，最后將攪拌均勻后的混合物置于光照的條件下進(jìn)行反應(yīng)，取樣，分離出催化劑后，用靛酚藍(lán)分光光度法分析溶液中NH4+濃度。本發(fā)明的光催化合成氨的方法，實現(xiàn)了常溫常壓下的氨合成，本發(fā)明的光催化合成氨的方法，實現(xiàn)了常溫常壓下的氨合成，產(chǎn)率高達(dá)12019.2微克/克催化劑，相當(dāng)于Schrauzer提出的有工業(yè)化價值標(biāo)準(zhǔn)的8289倍，完全可以從成本方面、環(huán)保方面、工藝方面達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
【專利說明】
-種光催化合成氨的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種合成氨方法，具體設(shè)及一種光催化合成氨的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氨氣是重要的化工原料，在塑料工業(yè)、制堿工業(yè)、化肥工業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng) 用，德國化學(xué)家哈伯(F . Haber)解決了反應(yīng)條件、觸媒和機(jī)械設(shè)備問題，成功地W工業(yè)規(guī)模 實現(xiàn)了熱力學(xué)上有利的直接合成氨，成為化學(xué)工業(yè)史上的里程碑，從而獲得了 1918年的諾 貝爾化學(xué)獎，但是由于反應(yīng)條件(500~600°C，200~1000大氣壓）W及對設(shè)備和動力的要求 都比較苛刻，而且，哈伯制氨法，氨氣的轉(zhuǎn)化率只有10%~15%，而且生產(chǎn)過程能耗高、污染 重，成本高，因此長期W來，如何在較為溫和的條件下實現(xiàn)固氮作用，一直是化學(xué)研究的熱 口領(lǐng)域。
[0003] 專利申請CN103108994公開了一種常溫合成氨的方法，在光照的條件下，通過電解 的方法來進(jìn)行氨氣合成，W達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的濃度要求。但是運種方法需要消耗大量的電能， 生產(chǎn)成本過高，而且，在生產(chǎn)過程中需要用到電解質(zhì)溶液，會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，會對環(huán) 境造成嚴(yán)重的影響，因此，在工業(yè)上的應(yīng)用具有很大的局限性，無法進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生 產(chǎn)。
[0004] 1977年，美國加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥的G · N · S化rauzer等人利用氮氣和水在 觸媒上光照射下合成氨初獲成功，但是氨氣的制備效率很低，達(dá)不到工業(yè)化生產(chǎn)的目的。近 年來，光催化合成氨方法研究較多，但是所選用的催化劑為金屬金屬氧化物或金屬氧化物 負(fù)載貴金屬，氨產(chǎn)量實驗數(shù)據(jù)多在幾百微克/克·催化劑，雖然能夠達(dá)到工業(yè)化價值標(biāo)準(zhǔn)， 但是產(chǎn)率仍偏低，使得生產(chǎn)成本過高，因此也沒有實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化。
[0005] 現(xiàn)有的光催化合成氨技術(shù)，通常是將原料混合后再光催化條件下反應(yīng)，反應(yīng)時間 超過兩小時，催化劑活性就有很大程度的降低，而且又損耗，必須處理后才能繼續(xù)進(jìn)行反 應(yīng)，提高了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對W上問題，本發(fā)明提供了一種效率高、成本低、催化劑使用壽命長，適用于工 業(yè)化推廣的光催化合成氨的方法。
[0007] 本發(fā)明的光催化合成氨的方法，合成步驟為：
[000引（1)在反應(yīng)蓋中加入水后，再向反應(yīng)蓋中加入催化劑；
[0009] (2)超聲攬拌混合物；
[0010] (3)通入氮氣，保持磁力攬拌；
[0011] (4)將步驟(2)攬拌均勻后的混合物置于光照的條件下進(jìn)行反應(yīng)。
[0012] 本發(fā)明的光催化合成氨的方法還包括W下步驟：
[0013] (5)取樣，分離出催化劑后，用說酪藍(lán)分光光度法分析溶液中N也+濃度。
[0014] 所述NH4+濃度采用UV-Vis紫外可見光譜儀進(jìn)行分析，UV-Vis紫外可見光譜儀掃描 波長范圍為500-800nm。
[0015] 所述催化劑為Ξ元堿式碳酸祕BSC或負(fù)載金的Ξ元堿式碳酸祕Au-BSC。
[0016] 所述催化劑與蒸饋水的質(zhì)量比為1:1000~1:4000。
[0017] 所述氮氣流速為5-50mL/min。
[0018] 所述光照的光源為可見光氣燈，光照強(qiáng)度為1-5個太陽，1個太陽光強(qiáng)度為IW/cm2。
[0019] 本發(fā)明的光催化合成氨的方法，實現(xiàn)了常溫常壓下的氨合成，在傳統(tǒng)光催化合成 氨的基礎(chǔ)上，增加了超聲波攬拌的步驟，使原料充分混合，使催化劑與原料充分接觸，且能 夠保證在合成過程中催化劑不會聚集成團(tuán)，仍能保持較高的活性，降低生產(chǎn)成本；同時本發(fā) 明的光催化合成氨的方法，產(chǎn)率高達(dá)12019.2微克/克催化劑，相當(dāng)于Schrauzer提出的有工 業(yè)化價值標(biāo)準(zhǔn)的8289倍，完全可W從成本方面、環(huán)保方面、工藝方面達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要 求。
【具體實施方式】
[0020] 為了更好地理解本發(fā)明，下面通過具體的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。但本發(fā) 明并不僅限于W下實施方式。
[0021] 實施例1
[0022] 常溫條件下，在玻璃管反應(yīng)器中裝入20ml蒸饋水，化流量為20mL/min，加入0.02g 催化劑(負(fù)載金含量為56.0%)。太陽光強(qiáng)度為1個太陽。光照進(jìn)行反應(yīng)，每30min取樣5ml分 析NH/濃度，NH/濃度采用UV-Vis紫外可見光譜儀進(jìn)行分析。UV-Vis紫外可見光譜儀掃描波 長范圍為500-800nm。
[0023] 實施例2
[0024] 常溫條件下，在玻璃管反應(yīng)器中裝入20ml蒸饋水，化流量為5mL/min，加入0.0?催 化劑（負(fù)載金含量為29.8%)。此處太陽光強(qiáng)度為2個太陽。光照進(jìn)行反應(yīng)，每30min取樣5ml 分析NH/濃度，NH/濃度采用UV-Vis紫外可見光譜儀進(jìn)行分析。UV-Vis紫外可見光譜儀掃描 波長范圍為500-800nm。
[0025] 實施例3
[0026] 常溫條件下，在玻璃管反應(yīng)器中裝入20ml蒸饋水，化流量為50mL/min，加入0.02g 催化劑(負(fù)載金含量為72.0%)。太陽光強(qiáng)度為2個太陽。光照進(jìn)行反應(yīng)，每30min取樣5ml分 析NH/濃度，NH/濃度采用UV-Vis紫外可見光譜儀進(jìn)行分析。UV-Vis紫外可見光譜儀掃描波 長范圍為500-800nm。
[0027] 實施例4
[002引常溫條件下，在玻璃管反應(yīng)器中裝入20ml蒸饋水，化流量為20mL/min，加入0.02g 催化劑(催化劑為BSC)。太陽光強(qiáng)度為1個太陽。光照進(jìn)行反應(yīng)，每30min取樣5ml分析NH/濃 度，馳+濃度采用UV-Vis紫外可見光譜儀進(jìn)行分析。UV-Vis紫外可見光譜儀掃描波長范圍為 500-800nm。
[0029] 光催化合成氨的方法NH4+濃度：（單位yg/.g催化劑）
[0030]

[0031]雖然已經(jīng)用優(yōu)選實施例詳述了本發(fā)明，然而其并非用于限定本發(fā)明。任何本領(lǐng)域 的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，應(yīng)當(dāng)可W作出各種修改與變更。因此 本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視為所附的權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種光催化合成氨的方法，合成步驟為： (1) 在反應(yīng)釜中加入水后，通入氮氣； (2) 向反應(yīng)釜中加入催化劑，攪拌均勻； (3) 超聲攪拌混合物 (4) 將步驟(3)攪拌均勻后的混合物置于光照的條件下進(jìn)行反應(yīng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化合成氨的方法，其特征在于:還包括以下步驟： (5) 取樣，分理出催化劑后，用靛酚藍(lán)分光光度法分析溶液中NH4+濃度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化合成氨的方法，其特征在于:所述NH4+濃度采用UV-Vis 紫外可見光譜儀進(jìn)行分析，UV-Vis紫外可見光譜儀掃描波長范圍為500-800nm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一條所述的光催化合成氨的方法，其特征在于，所述催化劑 為三元堿式碳酸鉍BSC或負(fù)載金的三元堿式碳酸鉍Au-BSC。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光催化合成氨的方法，其特征在于:所述催化劑與蒸餾水的質(zhì) 量比為 1:1000 ~1:4000。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光催化合成氨的方法，其特征在于:所述氮氣流速為5-50mL/ min〇7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光催化合成氨的方法，其特征在于:所述光照的光源為可見光 氙燈，光照強(qiáng)度為1-5個太陽，1個太陽光強(qiáng)度為lW/cm 2。
【文檔編號】C01C1/04GK106082270SQ201610403171
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】胡虹
【申請人】南京科技職業(yè)學(xué)院