本技术涉及光催化甲烷转化技术,特别是一种非贵金属氧化锌纳米片光催化剂TM-ZnO的制备方法和应用。制备过程包括将醋酸锌水溶液缓慢滴加至碱性溶液中,形成TM-ZnO纳米片。该光催化剂在光催化甲烷转化中表现出优异性能。
背景技术
与煤炭和石油相比,天然气燃烧释放的硫化物和氮化物较少,是最清洁的化石能源。随着天然气探明储量的不断增加,它的主要成分甲烷不仅作为燃料,也作为化工原料获得了研究者的广泛关注。天然气在常温常压时是气体,主要分布在偏远地区,需要在高压制冷后才能通过管道运输,导致天然气成本的增加。另一方面,甲烷作为一种温室气体,其温室效应是二氧化碳(CO2
)的20倍以上。因此,将甲烷转化为一种高价值的化学品不仅可以降低其运输的费用,同时对实现环境保护和双碳目标有重要的意义。作为甲烷的衍生物,甲醛是工业树脂和塑料生产的重要前体,在纺织和制药行业也被广泛应用。因此,将甲烷直接光催化氧化为甲醛更加环保、高效,对环境保护和双碳目标有重要的意义。
中国专利CN104710291A公开了一种甲烷光催化氧化制备甲醛的方法,采用水热法制备的锌钼氧化物负载分子筛光催化氧化甲烷制甲醛,该反应在常压下即可进行,但是反应温度为80~110℃,反应时需要加热,损耗大。中国专利CN111701590A公开了一种Aux
/立方-WO3
光催化剂及其在光催化甲烷制备甲醛的应用,尽管该金改性的WO3
催化剂能直接将甲烷转化为甲醛,但催化效率低,甲醛的产量相对较低。ZnO是一种重要的紫外光响应半导体材料,在光催化技术领域中有着广泛应用。然而,其固有的较宽带隙特性导致了光生电子与空穴的快速复合,加之表面催化活性位点相对有限,这些因素共同限制了ZnO的光催化效率。因此,为了克服这些局限性并提升其催化活性,科研工作者常常需要对ZnO进行各种改性处理。
实现思路