[發明專利]一種制氫催化劑載體及其制備方法

有效

• 申請號: 202210657982.6
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN115041157B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 劉杰;朱濤;劉振泳;李志聰;茹家榮;陳敏生
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: B01J23/20
• 分類號: B01J23/20;B01J32/00;B01J35/08;B01J35/02;B01J37/00;G06T17/20;G06F30/23;C01B3/32
• 代理公司: 佛山信智匯知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44629
• 代理人: 王宇

本發明公開了一種制氫催化劑載體，其通過籠式多孔基本單元有序組合得到；所述有序組合的方式為：設置相鄰的兩個籠式多孔基本單元的中心之間的距離為籠式多孔基本單元中心徑距離的二分之一；通過平移陣列的方式向兩個互相垂直的方向分別復制生成新的籠式多孔基本單元；所有籠式多孔基本單元緊密結合，形成制氫催化劑載體；所述籠式多孔基本單元由六邊形元素體幾何變換得到；所述六邊形元素體的邊長和所述六邊形元素體的截面圓的半徑之比大于4：1；所述制氫催化劑載體的原材料為鉭金屬粉末。本發明提供的制氫催化劑載體由于孔隙率高，使得甲醇重整制氫反應停留時間長，有利于重整反應充分進行，提高甲醇的轉化率。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體而言，涉及一種制氫催化劑載體及其制備方法。

背景技術

甲醇作為一種氫源載體，具有比能量高、氫碳比高、來源廣泛、可再生、儲存運輸方便等優點，利用甲醇與水蒸氣進行重整是一種節能且高效的在線制氫技術。

微反應器是指基于精密加工技術制造出的擁有微米級通道特征尺寸的微型化學反應器。微反應器具有微小的通道特征尺寸、極大的比表面積以及優異的傳熱傳質性能，能夠實現反應原料的瞬間均勻混合、持續高效的熱能傳導，同時利于精確控制反應進程。由于微反應器優良的性能、緊湊的結構以及較高的產業化可行性，使其在甲醇重整制氫反應領域具有極其廣闊的應用前景。

催化劑載體是甲醇重整制氫微反應器中的核心部件，具有微通道結構的催化劑載體為催化劑提供負載區域及支撐，同時為重整反應的進行提供大量的反應界面。目前甲醇重整制氫領域的研究表明：微通道制氫載體的結構極大地影響到微反應器的制氫性能，合理的微通道結構能夠提高反應器的傳熱傳質效率，使反應區域流場的流速分布更加均勻，改善反應區域溫度場的梯度分布，從而提高甲醇制氫的反應效率，即提高甲醇的轉化率。

當前常見的催化劑載體主要分為二維結構微通道載體及三維空間結構微通道載體。二維結構微通道載體是在催化劑載體表面加工出各種不同截面形狀的平面圖形化的微型凹槽，這些微通道凹槽按照形態特征可以分為：直線式、曲線式、微陣列式、仿生式等。二維微通道催化劑載體的制造方法一般為傳統的機械加工方法，即車削加工、銑削加工、刨削加工等。二維結構由于維度較低，比表面積較小，從而導致反應效率較低。三維結構微通道是指具有空間維度的立體式結構微通道。目前對三維結構微通道催化劑載體的研究還處于前期探索階段，主要包括一些多孔材料如：金屬泡沫材料、金屬粉末燒結材料以及金屬纖維材料。金屬泡沫材料一般采用熔體凝固法或金屬沉積法制造，常見的金屬泡沫材料包括：泡沫銅、泡沫鋁、泡沫鎳或泡沫合金。金屬粉末燒結材料是以金屬粉末為原材料，利用粉末顆粒之間的間隙，通過燒結在內部形成微通道結構，此種方式制造的載體孔隙率較低，且在制造過程中容易產生閉孔現象，微通道成型質量差。金屬纖維材料與金屬泡沫材料類似，同樣具有三維網格空間結構，但其制造的載體有成型隨機性大不便定參數控制等缺陷。

綜上所述，經過申請人的海量檢索，本領域至少存在制氫催化劑載體孔隙率低、成型隨機性大、不便定參數控制等缺陷，使得制氫催化劑載體應用于甲醇重整制氫微反應器時，甲醇制氫的反應效率較低，即甲醇的轉化率較低，需要開發或者改進一種制氫催化劑載體。

發明內容

基于此，為了解決制氫催化劑載體孔隙率低、成型隨機性大、不便定參數控制的問題，本發明提供了一種制氫催化劑載體，具體技術方案如下：

一種制氫催化劑載體，其通過籠式多孔基本單元有序組合得到；

所述有序組合的方式為：設置相鄰的兩個籠式多孔基本單元的中心之間的距離為籠式多孔基本單元中心徑距離的二分之一；通過平移陣列的方式向兩個互相垂直的方向分別復制生成新的籠式多孔基本單元；所有籠式多孔基本單元緊密結合，形成制氫催化劑載體；

所述籠式多孔基本單元由六邊形元素體幾何變換得到；

所述六邊形元素體的邊長和所述六邊形元素體的截面圓的半徑之比大于4：1；