[發(fā)明專(zhuān)利]一種中高溫甲烷干重整的介孔光熱催化劑及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911410693.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111111669A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝濤;徐凱迪;鄭浩野;楊伯倫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/755
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/755;B01J35/00;B01J35/10;B01J37/08;B01J37/02;C01B3/40
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明公開(kāi)了一種中高溫甲烷干重整的介孔光熱催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換及光熱催化劑的制備方法領(lǐng)域，采用浸漬法負(fù)載熱催化劑Ni至介孔TiO₂光催化劑表面，形成納米Ni顆粒負(fù)載于介孔TiO₂表面的Ni?介孔TiO₂光熱催化劑。本發(fā)明提供的中高溫甲烷干重整光熱協(xié)同催化劑，制備簡(jiǎn)單、易于操作，在400～600℃具有良好的光熱協(xié)同催化活性，相比較于傳統(tǒng)的Ni基熱催化劑，其活性明顯提升，因此本催化劑具有較高的工業(yè)化應(yīng)用水平和前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換及光熱催化劑的制備方法領(lǐng)域，涉及一種中高溫甲烷干重整的介孔光熱催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

化石能源的日益減少以及越來(lái)越嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，迫使人們尋求各種清潔的可再生能源技術(shù)。太陽(yáng)能在眾多的可再生能源當(dāng)中，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，即資源總量大、分布廣泛，且沒(méi)有資源枯竭的問(wèn)題。因此如何高效的利用太陽(yáng)能進(jìn)行能源轉(zhuǎn)化，成為眾多學(xué)者的研究重點(diǎn)。

太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化技術(shù)既包括利用單晶硅/多晶硅等半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)而直接進(jìn)行光能-電能的光伏轉(zhuǎn)化技術(shù)，也包括利用聚光式太陽(yáng)能加熱工質(zhì)，并利用蒸汽動(dòng)力朗肯循環(huán)/CO₂布雷頓循環(huán)等進(jìn)行光能-內(nèi)能-電能的光熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，還包括利用太陽(yáng)能作為熱源，并在催化劑作用下進(jìn)行水/CO₂/碳?xì)浠衔锓纸獾墓?化學(xué)催化轉(zhuǎn)化技術(shù)。這當(dāng)中，基于光催化劑的太陽(yáng)能光催化轉(zhuǎn)化技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。太陽(yáng)能光催化轉(zhuǎn)化技術(shù)即可用于清潔能源的生產(chǎn)(如光催化水分解制氫技術(shù)、光催化CO₂分解循環(huán)利用技術(shù)等)、也可用于VOCs及有機(jī)廢液催化分解環(huán)境治理技術(shù)。不論在何種技術(shù)當(dāng)中，光催化劑的設(shè)計(jì)與制備都是其中的核心關(guān)鍵。

目前，國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的用于光催化轉(zhuǎn)化的催化劑包括TiO₂、C₃N₄等，其主要應(yīng)用場(chǎng)合為利用太陽(yáng)能紫外光譜激發(fā)光催化活性，進(jìn)行光催化水分解制氫、光催化處理有機(jī)污染物等，應(yīng)用溫度范圍多為室溫環(huán)境。此外，還有一些學(xué)者，開(kāi)發(fā)了Ni基、Ru基等傳統(tǒng)的熱催化劑，著重利用聚光太陽(yáng)能形成高溫?zé)嵩矗则?qū)動(dòng)Ni基、Ru基熱催化劑實(shí)現(xiàn)碳?xì)浠衔锏闹卣呋磻?yīng)，制取太陽(yáng)燃料，其應(yīng)用溫度區(qū)間多為中高溫環(huán)境。目前絕大多數(shù)的研究對(duì)單獨(dú)的光催化劑或熱催化劑進(jìn)行了較多的研究，并取得了相應(yīng)的成果，開(kāi)發(fā)了不同系列的催化劑。然而，太陽(yáng)光具有寬光譜特性，催化劑對(duì)不同光譜區(qū)間活性響應(yīng)顯著影響其催化效果，而開(kāi)發(fā)利用聚光太陽(yáng)能進(jìn)行甲烷干重整的光熱協(xié)同催化制太陽(yáng)燃料的催化劑還很少有報(bào)道。

綜上所述，開(kāi)發(fā)制備一種能夠應(yīng)用于中高溫環(huán)境條件的高效的甲烷干重整反應(yīng)的光熱協(xié)同催化劑，并將之用于聚光太陽(yáng)能甲烷重整反應(yīng)仍然是一個(gè)十分具有挑戰(zhàn)的難題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種中高溫甲烷干重整的介孔光熱催化劑及其制備方法和應(yīng)用，解決現(xiàn)有的甲烷干重整催化劑難以進(jìn)行光熱協(xié)同催化的問(wèn)題，具有孔徑可控的Ni基-介孔TiO₂光熱協(xié)同催化劑的制備方法，且制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單可靠。利用該方法制備優(yōu)良活性的Ni基-介孔TiO₂光熱協(xié)同催化劑，并需要該催化劑在甲烷干重整反應(yīng)中表現(xiàn)出相比較于單純光催化或熱催化更為優(yōu)良的催化活性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開(kāi)的一種中高溫甲烷干重整的介孔光熱催化劑，為Ni-介孔TiO₂催化劑，介孔光熱催化劑中Ni的質(zhì)量百分比為2％～8％。

優(yōu)選地，介孔光熱催化劑中Ni的質(zhì)量百分比為為4.8％。

優(yōu)選地，TiO₂孔徑范圍為4～9nm。

進(jìn)一步，TiO₂孔徑優(yōu)選為8.4nm。