[發(fā)明專利]一種鉑基膜電極催化不飽和有機(jī)物加氫的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810342965.7
• 申請(qǐng)日: 2018-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108505064A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊濱;魯慶昕;岳德懷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/08
• 分類號(hào): C25B11/08;C25B11/02;C25B1/02;C25B3/00
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本發(fā)明公開(kāi)一種鉑基膜電極催化不飽和有機(jī)物加氫的方法，屬于電解制氫?有機(jī)物電催化儲(chǔ)氫技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述Pt基膜電極（SPEME）為炭載PtTi合金催化劑與固體聚合物電解質(zhì)膜的單面進(jìn)行熱壓得到，SPEME置于相鄰的陽(yáng)極室與陰極室之間并將三者壓緊，SPEME雙面分別緊密附著陰陽(yáng)電極以保證電荷交換，將電解制氫與不飽和有機(jī)物加氫分隔在兩個(gè)反應(yīng)室中，且在不高于80℃的常壓工況下獨(dú)立進(jìn)行，通過(guò)反應(yīng)電壓分別調(diào)控制氫與加氫的反應(yīng)選擇性，以增強(qiáng)不飽和有機(jī)物加氫電流效率及目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率；本發(fā)明所述方法工藝簡(jiǎn)單通用、易操作，反應(yīng)安全高效，能耗低，環(huán)境污染小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉑基膜電極催化不飽和有機(jī)物加氫的方法，屬于電解制氫-有機(jī)物電催化儲(chǔ)氫技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在全球能源危機(jī)與環(huán)境壓力的雙重背景下，世界各國(guó)對(duì)高效能低污排放的運(yùn)輸工具用燃料的需求更加迫切。我國(guó)將于2019年開(kāi)始執(zhí)行的車用汽柴油國(guó)6標(biāo)準(zhǔn)（GB17930-2016）中，規(guī)定芳烴（含苯）及烯烴等不飽和有機(jī)物的體積分?jǐn)?shù)最大值在國(guó)5標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上再降低20%，這對(duì)不飽和有機(jī)物加氫處理技術(shù)及反應(yīng)系統(tǒng)在安全生產(chǎn)、低污染排放、高反應(yīng)產(chǎn)物率、低能耗成本、使用維護(hù)方便等方面提出了更高要求。

氫的廉價(jià)制取、安全儲(chǔ)運(yùn)、高效應(yīng)用一直是氫能利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在本發(fā)明之前，制氫、儲(chǔ)氫及加氫技術(shù)及裝置已經(jīng)有很多的研究和實(shí)施，但存在不同缺點(diǎn)：N. Itoh等人[Int. J. Catalysis Today, 2000, 56(1-3)]對(duì)“水電解-有機(jī)物電催化還原耦合”的研究表明，能獲得較高的電極反應(yīng)電流密度及反應(yīng)選擇性，但吸放氫工藝復(fù)雜，有機(jī)化合物的循環(huán)利用率低；ZL200510111758.3的氫氣吸附過(guò)程難以控制，會(huì)引入氧氣等雜質(zhì)氣體，且氫氣泡受到輕微擾動(dòng)即會(huì)破裂不利于運(yùn)輸；ZL200410033882.8中載氣流速較快，反應(yīng)不充分，加氫效率及目標(biāo)產(chǎn)物含量均達(dá)不到實(shí)際生產(chǎn)要求；ZL201010001103.1及CN201310206899.8中耐壓性能較低，設(shè)備投資及能耗較高，實(shí)際操作危險(xiǎn)性較大。

總之，上述研究及技術(shù)實(shí)施，均不同程度存在經(jīng)濟(jì)性差、能耗高（300~350℃）、蒸發(fā)損失大、流程長(zhǎng)、工作不安全（5~6MPa）等缺點(diǎn)。因此，研究探索反應(yīng)溫和、無(wú)需額外氫源、短流程，低能耗、低污染的電解制氫-不飽和有機(jī)物電催化加氫技術(shù)，對(duì)于能源、化工等領(lǐng)域的技術(shù)提升顯現(xiàn)出深遠(yuǎn)的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)傳統(tǒng)的有機(jī)物加儲(chǔ)氫存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種鉑基膜電極催化不飽和有機(jī)物加氫的方法，具體過(guò)程為：采用熱壓工藝，將炭載PtTi合金催化劑壓制在固體聚合物電解質(zhì)（SPE）膜的單面上制成鉑基膜電極（SPEME），將鉑基膜電極（SPEME）置于相鄰的陽(yáng)極室與陰極室之間將三者壓緊，附著在鉑基膜電極上的炭載PtTi合金催化劑作為陰極室的工作電極，鉑基膜電極的另一面與陽(yáng)極室的炭質(zhì)電極緊密接觸；將陽(yáng)極室的電解制氫過(guò)程與陰極室的不飽和有機(jī)物加氫過(guò)程分隔并獨(dú)立進(jìn)行，分別控制陽(yáng)極室與陰極室的反應(yīng)電壓，以調(diào)控電解制氫與不飽和有機(jī)物加氫過(guò)程的反應(yīng)選擇性。

本發(fā)明所述炭載PtTi合金催化劑是通過(guò)離子束濺射鑲嵌Pt的Ti靶，沉積在加熱炭載體上而獲得，所得炭載Pt基合金催化劑的催化層厚度30～100nm，Pt載量0.008～0.025mg/cm²。

本發(fā)明所述陰極室的不飽和有機(jī)物加氫反應(yīng)溫度為60～80℃。

本發(fā)明所述炭質(zhì)電極為平紋丙睛石墨纖維布，表面石墨化程度≥99%，面密度0.20～0.35g/cm²。

本發(fā)明所述炭載體為平紋丙睛石墨纖維布，表面石墨化程度≥99%，面密度0.20～0.35g/cm²。

本發(fā)明所述固體聚合物電解質(zhì)膜為全氟磺酸鹽離子交換（Nafion）膜，傳輸質(zhì)子的能力強(qiáng)。

優(yōu)選的，本發(fā)明采用熱壓工藝制備SPEME，具體包括以下步驟：