[發明專利]一種微波催化甲烷制氫的方法及催化劑

有效

• 申請號: 201911349311.8
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111085242B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 周繼承;王婕;余柳麗;鄧潔;周念
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01J29/03
• 分類號: B01J29/03;C01B3/02
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

本發明首先提供一種微波催化甲烷制氫的方法，所述方法包括使用Ni/Mo₂C/SBA?15催化劑在微波條件下催化甲烷直接轉化制氫氣，所述催化劑包括Mo₂C和SBA?15復合載體和負載在復合載體上的活性組分鎳。本發明還相應提供一種用于催化甲烷制氫的催化劑。該催化劑用于微波催化甲烷無氧制氫時表現出優越的催化活性，其轉化率和選擇性較高，在650℃時CH₄轉化率最高可達82.46％，H₂的選擇性最高可達87.02％。

技術領域

本發明涉及催化劑領域，具體涉及一種微波催化甲烷制氫的方法及催化劑。

背景技術

全球經濟的快速發展導致對人類對石油的需求迅猛增長,對石油的過度開采使世界石油資源日趨枯竭。經科學家們探究，煤層氣、頁巖層、可燃冰中含有非常豐富的天然氣原料，且其蘊藏的儲量遠遠大于石油儲量。近幾年隨著氫燃料電池和氫能燃料發動機的出現及商業化，氫能的開發及研究再次引起人們的廣泛關注。氫能作為高效、潔凈的二次能源，其含有較高的燃燒熱，且燃燒產物對環境無任何污染，具有廣闊的發展前景。

目前工業上用于制氫的工藝主要有甲烷水蒸氣重整法、自熱重整法、重油部分氧化法、煤氣化制氫法和電解水法等。雖然Ru、Rh等貴金屬被報道為甲烷反應中非常活躍的催化材料，但Ni、Co基催化劑因其催化活性高、可用性好、成本低而備受研究者的關注。與其他催化劑相比，Ni基催化劑具有較高的催化活性和較低的抗焦性，是研究最多的催化劑類型。如：專利CN105964261A通過使用堿性絡合劑使Ni絡合物與硅基材料的表面硅羥基在水熱條件形成穩定的鎳-頁酸鹽層，避免金屬Ni顆粒的團聚，從而獲得尺寸更小，分布更好的催化劑。CN106000444A公開了一種固相研磨法制備金屬鎳-介孔分子篩催化劑。其通過鎳前驅體鹽與介孔分子篩于研缽中研磨，在攪拌條件下，鎳前驅體鹽分散在未脫模板的介孔材料載體表面，經過焙燒還原可得到良好抗積碳和抗燒結性能的鎳基催化劑。CN1939587A公開了一種以Ni為催化劑主要活性組分，將其組裝在介孔分子篩SBA-15孔中，然后負載到FeCrAl合金薄片上，制備金屬載體整體式催化劑的方法。該發明的催化劑用于甲烷二氧化碳重整制合成氣這一個強吸熱反應具有導熱性能優良、床層壓降低、活性組分Ni高度分散且不易燒結、催化劑的穩定性好等優點。

但本領域仍然需要更加優異的催化甲烷制氫的方法及催化劑。

發明內容

因此，本發明首先提供一種微波催化甲烷制氫的方法，所述方法包括使用Ni/Mo₂C/SBA-15催化劑在微波條件下催化甲烷直接轉化制氫氣，所述催化劑包括Mo₂C和SBA-15復合載體和負載在復合載體上的活性組分鎳。

在一種具體的實施方式中，所述方法在微波催化條件下床層溫度為400～800℃的條件下反應，優選反應溫度為600～700℃。

在一種具體的實施方式中，所述Ni/Mo₂C/SBA-15催化劑中Ni的含量為1～10wt％，優選3～8wt％；且所述催化劑中，Mo₂C占復合載體Mo₂C/SBA-15總重量的5～20wt％，優選7～15wt％。

在一種具體的實施方式中，所述Ni/Mo₂C/SBA-15催化劑中Mo₂C呈薄膜層狀并以單層或多層形式平鋪于SBA-15載體上，而活性組分Ni則錨定于Mo₂C薄膜層上。

在一種具體的實施方式中，所述催化劑的制備方法包括如下步驟：先采用浸漬法將Mo₂C負載在SBA-15上，得到所述復合載體Mo₂C/SBA-15，再采用尿素沉淀法將活性組分Ni負載到Mo₂C/SBA-15上，即可制備出所述Ni/Mo₂C/SBA-15催化劑。