[發(fā)明專利]一種碳納米管負(fù)載鎳催化劑及其制備方法與應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910082376.0
• 申請(qǐng)日: 2009-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN101530801A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李全新;侯滔;袁麗霞;鳥本善章
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/755
• 分類號(hào): B01J23/755;B01J21/18;C01B3/32
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 關(guān) 暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳納米管負(fù)載鎳催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

能源是人類生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要支柱。隨著能源需求和環(huán)境保護(hù)的壓力迅速增長(zhǎng)，利用可再生的生物質(zhì)能受到人們極大的關(guān)注。氫氣是目前最理想的熱值最高(142MJ/kg)的清潔能源，而生物質(zhì)以其資源豐富、環(huán)境友好、可再生等優(yōu)點(diǎn)而成為一種很有前途的制氫原材料。液體生物油(Bio-oil)是由生物質(zhì)經(jīng)快速裂解液化過程產(chǎn)生的有機(jī)液體混合物，生物油具有易收集、易存儲(chǔ)和易運(yùn)輸方面的優(yōu)勢(shì)；與生物質(zhì)直接氣化相比，生物油通過水蒸汽催化重整更容易獲得更高的氫產(chǎn)率和更高的氫含量的富氫合成氣，純化后得到純氫。

生物油制氫在理論研究與技術(shù)開發(fā)尚處于研究階段。目前已有的利用生物油制氫的方法是水蒸氣重整法，其中使用的催化劑通常為鎳基催化劑(如Ni-Al₂O₃，K或者M(jìn)g摻雜的Ni-Al₂O₃等)、貴金屬催化劑(如Pt-Al₂O₃和Pd-Al₂O₃)和最近報(bào)道的C12A7-O^-系列催化劑(如C12A7-O^-和C12A7-O^-/MgO等)。由于貴金屬催化劑中需要添加昂貴的貴金屬原材料，其生產(chǎn)成本高，不宜在生物油重整制氫中推廣使用。對(duì)于使用除貴金屬以外的催化劑，例如使用普通鎳基(Ni-Al₂O₃)催化劑的情況，主要存在兩個(gè)關(guān)鍵問題：(1)重整溫度高，能耗較高。如果重整反應(yīng)溫度在500-550℃范圍內(nèi)，生物油轉(zhuǎn)化率僅為10％左右，只有當(dāng)重整反應(yīng)溫度達(dá)到750-850℃時(shí)，才能獲得生物油轉(zhuǎn)化率大于80％的效果。因此，其整個(gè)過程中能耗大，效率低。2007年《應(yīng)用催化，A輯：總論》第320期“用C12A7-O^-基催化劑重整生物油制氫”的論文(Zhaoxiang?Wang，Applied?Catalysis?A：General?320(2007)24-34)、2007年《能源與燃料》第21期的“生物油的性質(zhì)以及在費(fèi)托合成中的應(yīng)用”的論文(Zhaoxiang?Wang，Energy?&?Fuels?2007，21，2421-2432)，以及2002年《工業(yè)與工程化學(xué)研究》第41期“催化水蒸氣重整由生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化過程得到的液相產(chǎn)物制氫”的論文(Stefan?Czernik，Ind.Eng.Chem.Res.2002，41，4209-4215)中均報(bào)道了有關(guān)這方面的詳細(xì)資料。(2)催化劑會(huì)快速失活。在現(xiàn)有重整催化劑中，常用的非貴金屬Ni—Al₂O₃催化劑，其使用壽命很短，即使在最佳重整反應(yīng)溫度825℃條件下，生物油重整反應(yīng)僅僅進(jìn)行30分鐘后，氫氣產(chǎn)率就從83.8％降低到30％，有關(guān)這方面的報(bào)道可見2000年發(fā)表在《應(yīng)用催化，A輯：總論》上第201期的“催化劑組成對(duì)重整生物油制氫的影響”論文(LuciaGarcia，Applied?Catalysis?A：General201(2000)225-239)。

鑒于上述情況，如何克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，降低能耗與生產(chǎn)工藝成本，仍然是目前生物質(zhì)制氫過程中的一個(gè)核心難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種能夠在低溫條件下、提高生物油重整制氫效率、并且有長(zhǎng)的使用壽命的碳納米管負(fù)載鎳催化劑。

本發(fā)明所提供的碳納米管負(fù)載鎳催化劑，由10％-35％質(zhì)量百分含量的鎳金屬和65％-90％質(zhì)量百分含量的碳納米管組成。

其中，鎳金屬的質(zhì)量百分含量?jī)?yōu)選為15％-30％，碳納米管的質(zhì)量百分含量?jī)?yōu)選為70％-85％。

所述催化劑的比表面為(115-130)m²/g，所述催化劑的孔體積為(0.28-0.30)cm³/g。

所述催化劑可以是任一形狀，較佳的是粒徑為0.1-0.2mm的顆粒。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備上述任一所述碳納米管負(fù)載鎳催化劑的方法。

本發(fā)明所提供的制備方法，包括如下步驟：將鎳離子溶液與碳納米管混勻，再向其中加入尿素并混勻，沉淀，還原，得到碳納米管負(fù)載鎳催化劑；

鎳離子與碳納米管的配比為1mol鎳：(108.1-440.5)g碳納米管，優(yōu)選為1mol鎳：137.0g-333.3g碳納米管；