[發明專利]一種納米碳纖維儲氫材料的制備方法

無效

• 申請號: 00123123.5
• 申請日: 2000-10-26
• 公開（公告）號: CN1350979A
• 公開（公告）日: 2002-05-29
• 發明（設計）人: 呂元;丁云杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B31/00
• 分類號: C01B31/00;C04B35/52;H01M4/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利代理有限責任公司
• 代理人: 張晨

本發明涉及甲烷制納米碳纖維儲氫材料的制備技術。

氫是最潔凈的能源，也是一種重要的工業原料，但氫的儲存與運輸問題限制了氫能的廣泛應用。車載氫氧燃料電池能否得到廣泛的實際應用，也與這一問題能否得到解決密切相關。研究開發性能優異的儲氫材料是解決氫能的儲存與運輸問題的關鍵途徑之一。

金屬氫化物是一種被廣泛研究的儲氫材料。這類材料可以在常溫和中壓(＜60atm)儲存氫氣，但這類材料用于車載氫氧燃料電池，不僅價格昂貴，而且太重。目前，碳基儲氫材料因其具有成本低、重量輕的特點，正受到越來越多的重視。活性炭曾被研究用作儲氫材料，但活性炭的儲氫性能一般要在極低溫度下才能得到發揮；碳納米管及納米碳纖維的儲氫性能近幾年得到重視，根據文獻報道的結果，Science?285，91(1999)將鋰或鉀修飾的碳納米管(直徑約25～35納米)用作儲氫材料，氫吸附量(重量)分別為20％和14％，吸附溫度為200～400℃或常溫，吸附壓力為常壓，吸附平衡時間約2小時；Science?286，1127(1999)將在經過硫化的催化劑上制備的碳納米管(直徑約20納米)用作儲氫材料，氫吸附量為4.2％，吸附溫度為常溫，吸附壓力為100～120atm，吸附平衡時間約6小時。

本發明的目的是提供一種納米碳纖維儲氫材料的制備技術，按該方法制備的納米碳纖維用作儲氫材料，其吸附氫的過程可以短時間內快速達到?平衡。

本發明提供了一種納米碳纖維儲氫材料的制備方法，其特征在于：通過甲烷在非氧化條件下催化裂解來生產納米碳纖維，再對該納米碳纖維在一定溫度和氣氛下進行處理；催化裂解反應條件為：反應溫度400～700℃，反應壓力為0.05～1MPa，甲烷空速為0.5～50h^-1，所用催化劑的主活性組分為Fe、Co、Ni中的一種或幾種；納米碳纖維的處理條件為：處理溫度400～1100℃，壓力為常壓，處理氣氛為氫、氮、氬、氧、二氧化碳其中的一種或幾種的混合物。

本發明提供的納米碳纖維儲氫材料的制備方法所用的催化劑以VIII族過渡金屬元素Fe、Co、Ni中的一種或幾種為催化劑主活性組份，可以加入IA、IIA、IIIA或B族過渡元素為改性組份，IA、IIA、IIIA、稀土或B族過渡元素占0.5％～90％重量。

上述作為主活性組份的VIII族過渡金屬元素以鎳元素為最佳。催化劑中IA、IIA、IIIA或B族過渡元素改性組份為K、Na、Mg、Y、Zr、Cu或Al，其中以Y為最佳。

本發明所提供的催化劑的可以按照常規的共沉淀方法制備，其具體制備過程嚴格按下列順序進行：

1)將一定濃度的含作為主活性組分的VIII族過渡金屬元素的水溶液與一定濃度的含作為改性組分的IA、IIA、IIIA或B族過渡元素的水溶液混合。

2)將作為沉淀劑的化合物配成一定濃度的溶液。

3)將1)所獲得的溶液與2)所獲得的溶液按一定的方式混合，得到沉淀。

4)將3)所得沉淀以去離子水洗滌、過濾，經干燥和焙燒后制得催化劑。干燥和焙燒可按常規進行。

5)在一定氣氛下對4)所得催化劑進行還原。

上述過程中的含活性組分或改性組分的溶液，可用各組分的硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物或有機酸鹽的水溶液。沉淀劑為氨、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉或氫氧化鉀其中的一種。本發明中干燥通常在50～150℃下進行1～24小時。焙燒過程于200～800℃下進行1～24小時。

本發明所提供的納米碳纖維儲氫材料的制備方法具體如下：

1)將按本發明所提供的催化劑制備方法制備的催化劑在一定還原氣氛下按一定升溫速度升至還原溫度并還原一定時間；

2)還原結束后，在還原溫度下將反應原料氣甲烷通入催化劑床層，繼續恒溫一定時間后按一定升溫速度升至反應溫度；

3)在反應溫度下將反應進行一定時間，制得納米碳纖維；

4)將3)所得納米碳纖維在一定溫度和氣氛下進行處理；

5)將4)所得經過后處理的納米碳纖維進行酸洗，以除去其中的催化劑組分；

6)將5)所得經過酸洗的納米碳纖維過濾，洗滌并烘干。