[發(fā)明專利]用于制備碳的催化劑和制備碳的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00105973.4
• 申請(qǐng)日: 2000-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1274680A
• 公開(kāi)（公告）日: 2000-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 滝田祐作;大田昌昭;吉瀨良文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 財(cái)團(tuán)法人地球環(huán)境產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu);株式會(huì)社島津制作所
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;B01J23/78
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 胡交宇

本發(fā)明涉及用于從含有碳源的混合氣體制備碳的催化劑。

通常，諸如石墨的碳材料是通過(guò)在常壓下在惰性氣氛中加熱有機(jī)化合物進(jìn)行炭化或通過(guò)烴氣體的不完全燃燒制備的。但是，考慮到原材料即烴氣體的短缺，通過(guò)烴氣體的燃燒制備碳的途徑存在問(wèn)題，這樣會(huì)導(dǎo)致資源的消耗，或由烴氣體燃燒產(chǎn)生的二氧化碳造成的溫室效應(yīng)。在全球范圍內(nèi)普遍希望減少二氧化碳的排放，降低溫室效應(yīng)。

為了有效利用二氧化碳，已經(jīng)存在一種使用金屬催化劑從二氧化碳生產(chǎn)碳的方法。例如，日本專利公開(kāi)第63-104652(1988)號(hào)公開(kāi)了一種用過(guò)渡金屬的催化劑，例如Fe，Ni或Co從二氧化碳?xì)怏w和氫氣生產(chǎn)碳的方法。

但是，這種過(guò)渡金屬催化劑存在碳產(chǎn)率低的問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，雖然日本專利公開(kāi)第63-104652號(hào)公開(kāi)了一種通過(guò)氧化提高過(guò)渡金屬催化劑的表面積從而改善碳產(chǎn)率的方法，但是這種催化劑的催化能力并沒(méi)有顯著改善。而且，這一方法需要900至1000℃的高溫反應(yīng)?？紤]到能量的有效利用這一方法存在不足。

因而，本發(fā)明的一個(gè)目的是改善用于生產(chǎn)碳的主要由過(guò)渡金屬組成的催化劑的碳產(chǎn)率。

本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)碳的催化劑，它通過(guò)與含有碳源的混合氣體接觸被用于碳的生產(chǎn)。該催化劑主要由至少鎳或鈷和加入其中的一種堿金屬元素組成。

該堿金屬元素的一個(gè)優(yōu)選的例子是鉀。

這種用于生產(chǎn)碳的主要由至少鎳或鈷組成的催化劑通過(guò)加入堿金屬元素與常規(guī)的過(guò)渡金屬催化劑相比改善了碳的產(chǎn)率。

本發(fā)明也提供了一種通過(guò)將本發(fā)明的上述催化劑與含有碳源的混合氣體接觸生產(chǎn)碳的方法。

當(dāng)使用主要由鈷和作為堿金屬元素加入其中的鉀組成的催化劑時(shí)，反應(yīng)溫度優(yōu)選為350至550℃，更優(yōu)選為410至430℃。

當(dāng)使用主要由鎳和作為堿金屬元素加入其中的鉀組成的催化劑時(shí)，反應(yīng)溫度優(yōu)選為400至610℃，更優(yōu)選為480至600℃。

在碳的生產(chǎn)中，被用作反應(yīng)氣體的混合氣體的例子含有二氧化碳作為碳源。通過(guò)將二氧化碳用作碳源，有可能克服溫室效應(yīng)。作為可以替代的方案，也可使用其它的碳化合物作為碳源。

當(dāng)使用的碳源中含有二氧化碳時(shí)，混合氣體最好還含有一種還原劑，通過(guò)催化反應(yīng)還原二氧化碳并生成碳。還原劑的一個(gè)例子是氫。也可使用其它的還原劑。

通過(guò)參照附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它目的，特點(diǎn)，方面和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明：

圖1是顯示用于測(cè)定碳產(chǎn)率的裝載有生產(chǎn)碳的催化劑的固定床反應(yīng)器的流程圖；

圖2A至2E顯示第二個(gè)對(duì)比實(shí)施例中二氧化碳轉(zhuǎn)化成各個(gè)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，這是通過(guò)用鈷金屬粉末催化劑(a)重復(fù)升高溫度5次得到的，以及溫度變化次數(shù)；

圖3A至3C顯示第二個(gè)對(duì)比實(shí)施例中二氧化碳轉(zhuǎn)化成碳，甲烷和一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，這是通過(guò)重復(fù)升高溫度5次得到的，圖3D顯示總的轉(zhuǎn)化率；

圖4顯示第三個(gè)對(duì)比實(shí)施例中二氧化碳轉(zhuǎn)化成各個(gè)產(chǎn)物的反應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)化率，這是通過(guò)使用鈷金屬粉末催化劑(a)得到的；

圖5顯示第四個(gè)對(duì)比實(shí)施例中通過(guò)使用鈷金屬粉末催化劑(a)和改變空速得到的碳沉積量和平均轉(zhuǎn)化率；

圖6顯示第五個(gè)對(duì)比實(shí)施例中通過(guò)使用鎳金屬粉末催化劑(b)得到的二氧化碳轉(zhuǎn)化成各個(gè)產(chǎn)物的反應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)化率；

圖7顯示得六個(gè)對(duì)比實(shí)施例中通過(guò)使用鎳金屬顆粒催化劑(c)得到的二氧化碳轉(zhuǎn)化成各個(gè)產(chǎn)物的反應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)化率；

圖8A至8E顯示第一個(gè)實(shí)施例中二氧化碳轉(zhuǎn)化成各個(gè)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，這是通過(guò)用加入1％鉀的鈷催化劑(A)重復(fù)升高溫度5次得到的，以及溫度變化次數(shù)；

圖9A至9C顯示第一個(gè)實(shí)施例中二氧化碳轉(zhuǎn)化成碳，甲烷和一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，這是通過(guò)重復(fù)升高溫度5次得到的，圖9D顯示總的轉(zhuǎn)化率；

圖10A至10E顯示第二個(gè)實(shí)施例中二氧化碳轉(zhuǎn)化成各個(gè)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，這是通過(guò)用加入1％鉀的鎳催化劑(B)重復(fù)升高溫度5次得到的，以及溫度變化次數(shù)；

圖11A至11C顯示第二個(gè)實(shí)施例中二氧化碳轉(zhuǎn)化成碳，甲烷和一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，這是通過(guò)重復(fù)升高溫度5次得到的，圖11D顯示總的轉(zhuǎn)化率；

圖12顯示在第三個(gè)實(shí)施例中二氧化碳轉(zhuǎn)化成各個(gè)產(chǎn)物的反應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)化率，這是通過(guò)使用加入1％鉀的鈷金屬粉末催化劑(A)得到的；

圖13顯示在第四個(gè)實(shí)施例中在其它條件下二氧化碳轉(zhuǎn)化成各個(gè)產(chǎn)物的反應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)化率，這是通過(guò)使用加入1％鉀的鈷金屬粉末催化劑(A)得到的；