实验四-钌-石英滤纸光热催化二氧化碳制甲烷实验讲义

综合化学实验实验四钉-石英滤纸光热催化二氧化碳制甲烷1.研究背景及前沿20世纪以来，工业化大生产导致了石油、煤及天然气等传统化石能源的快速消耗并排放了大量二氧化碳(C0)。二氧化碳的过度排放导致全球气候变暖，引起生态系统严重失衡。如何降低大气中的C02浓度成为各国政府及科研工作者关注的焦点。2020年9月我国政府明确提出力争在2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”目标。CO2加氢还原为甲烷(CO2甲烷化)是CO2资源化利用的途径之一，其不仅可以缓解温室效应，而且产生的甲烷可作为燃料，燃烧过程洁净安全，同时甲烷也是大量有机化学品的基础原料。传统热催化CO2甲烷化的能量往往来源于火电或是化石能源的燃烧，这导致了大量的碳排放。光热催化是催化剂（金属或窄带隙半导体材料）将光转化为热进而在表面诱导发生热催化反应的过程，整个反应的热量由光热催化剂的光热转化效应直接提供，而不消耗其它热量，具有实现低能耗及高效率突破的极大可能性，为利用丰富的太阳能实现CO2资源化利用开辟了一条新的途径。从热力学角度来看，高温(500℃以上)下甲烷化反应受热力学抑制：而从动力学角度来看，甲烷化反应需要将氧化态的碳原子完全还原，需要大量的活性氢参与反应。因此，选取中等温度(250~500℃)即可高效活化氢气()的催化剂至关重要。目前，C02甲烷化反应催化剂主要是VIⅢI族金属镍(Ni)、钴(Co)、铑(Rh)、钉(Ru)和钯(P)等催化剂，该族金属催化剂表现出较好的催化性能2.实验目的2.1学习光热催化原理和了解负载型催化剂和常见金属催化剂2.2学习了解测定气固多相催化反应反应级数和反应速率系数方法2.3体会设计实验方案过程，并学会设计合适的实验路线3.实验原理光热催化原理：太阳光照射金属纳米粒子，光的电磁波特性诱导金属的电子震荡撞击晶格，导致催化剂温度升高，达到合适温度时，金属催化氢气活化进而还原二氧化碳(CO2)。整个反应的热量由光热催化剂的光热转化效应直接提供，而不消耗其他热量。光热催化CO2甲烷化：C02+4H2→CH4+2H2O式(1)催化剂目前，CO2甲烷化反应催化剂主要是Ⅷ族金属镍(Ni)、钴(Co)、铑(Rh)、钉(Ru)和钯(P)等催化剂，该族金属催化剂表现出较好的催化性能。本实验项目选择对具有强活化能力的R如为活性组分，采用薄层、耐高温的石英滤纸为载体。根据式(1)写出经验速率方程如下：r=k*CO*H2]形*[催化式(2)根据学习过的复杂反应的实验设计及数据处理方法求解、B及y三个级数。4.试剂或材料4.1催化剂合成药品：RuC33H0(99%,华威锐科)、乙醇(AR,国药集团)、配制的RuC31/5