[發明專利]高溫熱處理制備用于碘化氫催化分解的改性活性炭的方法

無效

• 申請號: 201010153615.X
• 申請日: 2010-04-22
• 公開（公告）號: CN101804341A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 周俊虎;岑可法;劉建忠;王智化;黃鎮宇;程軍;周志軍;楊衛娟;張彥威
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J37/08;C01B3/04
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明屬于催化技術領域，具體涉及高溫熱處理制備用于碘化氫催化分解的改性活性炭的方法。

背景技術

大規模低成本制氫是發展氫能經濟的基礎，傳統的制氫方法都是以化石燃料為原料，隨著化石燃料的減少，人們轉而尋求以水作為制氫原料。水的分解有電分解、熱分解和光分解等幾種方法。水的電分解成本太高，光分解離實用距離尚遠，因此水的熱化學分解引起了廣泛注意。水的直接熱分解至少需要2773K的高溫，在這樣的溫度下，裝置材料和分離氫、氧的膜材料都無法正常工作。能否通過一系列的化學反應在較溫和的條件下實現水的高效分解呢？熱化學循環水分解制氫方法正是基于以上設想，采用一系列反應物可循環使用的化學反應，最終實現水的分解，能量利用效率可望達到50％以上。

熱化學循環制氫方法的研究自上世紀60年代開始起步，其最大特點是能量轉化效率高、所需熱能溫度較低、反應物質循環利用、能夠實現大規模的連續制氫。2002年，美國GA(General?Atomics)、Sandia國家實驗室和肯塔基大學聯合對115種熱化學循環進行了篩選，在眾多的循環中，熱化學硫碘循環(sulfur-iodine?thermochemical?cycle，簡寫為SI或IS)由于其反應步驟簡化、反應條件溫和、循環效率高，最終選定該循環作為制氫的理想循環。近年在美國、日韓和歐洲得到高度重視，成為當前國際上本領域研究的學術前沿和熱點問題，各國紛紛投入大量人力、物力競相開展相關研究。因此，開展熱化學硫碘循環制氫的基礎研究不僅具有十分重大的科學意義，而且具有廣泛的、現實的應用背景。

熱化學硫碘循環由三個化學反應組成：

I₂+SO₂+2H₂O→2HI+H₂SO₄(20～120℃)???(1)

2HI→I₂+H₂(300～500℃)?????????????(2)

H₂SO₄→SO₂+H₂O+0.5O₂(800～850℃)???(3)

反應(2)為碘化氫的分解，在300-500℃溫度下生成H₂和I₂，是熱化學硫碘循環產生氫氣的關鍵步驟。考慮到設備材料的承受能力及能耗問題，碘化氫氣體分解的溫度不應太高，但中低溫下均相化學反應的速率有限，因此，普遍使用催化劑來加快碘化氫氣體分解的速率。在碘化氫催化分解的早期研究中，鉑、金等貴金屬是研究最多的催化劑。國內清華大學發明專利200710121484.5(一種碘化氫催化分解用催化劑的制備方法，2008年3月12日)提出將貴金屬負載到載體上，其中載體可以是碳載體。但貴金屬價格昂貴，因此研究新的廉價而且高效的催化劑成為熱化學水分解硫碘循環制氫的關鍵科學問題。英國發明專利British?Talent796，049(Process?for?the?recovery?of?iodine?from?hydrogen?iodide，1958年6月4日)提供了一種碘化氫中回收碘單質的工藝，采用不定型碳作為碘化氫催化分解的催化劑。但直接購買的商業活性炭可能由于各種因素造成催化性能并不十分理想。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服目前存在的碘化氫分解用貴金屬催化劑價格昂貴、非貴金屬催化劑活性普遍不好、部分損耗、批量制備工藝復雜的缺點，提供一種高溫熱處理制備用于碘化氫催化分解的改性活性炭的方法。

在傳統碘化氫分解用催化劑中，活性炭只是作為催化劑的載體來負載貴金屬。為了解決傳統碘化氫分解用催化劑存在的價格昂貴問題，本發明直接將活性炭作為碘化氫分解用催化劑，并采用高溫熱處理改性以提高催化性能及熱穩定性。

為解決上述技術問題，本發明提供的高溫熱處理制備用于碘化氫催化分解的改性活性炭的方法，包括步驟：將活性炭置于氣氛爐中，在保護氣的保護下加熱至400～1500℃后，保溫1～3h，隨爐冷卻至常溫，即得改性活性炭。

本發明中，所述的保護氣可以是N₂，H₂或He、Ar。

本發明中，所述活性炭是下述活性炭中的任意一種：

木質活性炭：椰殼活性炭、杏殼活性炭、竹質活性炭或木質粉炭；礦物質原料活性炭：煤為原料、石油及煤為原料、或石油加工產物為原料制成的活性炭；廢橡膠或廢塑料制成的活性炭。