[發明專利]用于液體有機儲氫材料加氫與脫氫的納米金屬催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202211477326.4
• 申請日: 2022-11-23
• 公開（公告）號: CN116060137B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 李佳奇;周太剛
• 申請（專利權）人: 中國農業大學;西南石油大學
• 主分類號: B01J37/02
• 分類號: B01J37/02;B01J35/00;B01J23/44;B01J23/89;B01J23/52;B01J23/66;B01J27/24;C07B35/02;C07D209/08;C07D209/86;C07D211/58;C07D215/04;C01B3/00;C01B3
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 趙穎

本發明涉及一種用于液體有機儲氫材料加氫與脫氫的納米金屬催化劑及其制備方法和應用。所述納米金屬催化劑的制備方法包括以下步驟：(1)制備金屬納米粒子，將其溶解于非極性溶劑中，標記為A；(2)將載體分散在由極性溶劑和非極性溶劑組成的混合溶劑中，標記為B；(3)在攪拌和/或超聲的條件下，將A加入B中，制備得到所述納米金屬催化劑。通過采用本發明所述方法制備得到的納米金屬催化劑，實現了液體有機儲氫材料高選擇性存儲和釋放氫氣。其不僅可以有效降低液體有機儲氫材料加氫與脫氫的溫度與壓力，使其在常溫低壓下即可實現雜環芳烴的完全氫化，同時還解決了脫氫過程中氫氣脫除不完全以及選擇性不好的問題。

技術領域

本發明涉及氫能的儲存與運輸技術領域，具體涉及液體有機儲氫材料的加氫與脫氫催化劑，尤其涉及一種用于液體有機儲氫材料加氫與脫氫的納米金屬催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著經濟的快速發展，人類正面臨著如何在滿足能源快速需要的同時又不進一步耗竭和破壞我們生存環境的重大問題。氫能具有環境友好、資源豐富、潛在經濟效益高等優勢，被認為是解決能源問題的有效途徑之一，其開發和利用越來越受到重視。

氫能體系主要包括氫的生產、儲存和運輸、應用三個環節，而氫能的儲存和運輸是關鍵，也是目前氫能應用的主要技術障礙。由于氫氣具有易燃易爆性，因此氫能的利用不但依賴于制氫技術，也依賴于安全、經濟的儲存和運輸技術。

為了更安全地使用氫氣，研究者們提出了加壓儲氫、低溫液化儲氫、固體材料物理吸附儲氫、金屬合金儲氫、固體氫化物化學吸附儲氫和有機液體儲氫等諸多儲氫技術。目前，綜合考慮到儲氫密度、儲氫循環可逆性、儲氫能耗、吸放氫速率和安全性，基于化學反應法的有機液體氫氣轉運技術以其儲氫量大、能量密度高、液態儲運方便等優點已成為目前研究的熱點。

有機液體氫氣轉運系統是一種基于可逆的加氫-脫氫催化反應的氫氣存儲和釋放技術。有機儲氫液體大致可分為三類：環烷烴、含氮雜環芳烴和其它有機儲氫液體(如甲醇、乙醇和甲酸等)。

利用液體有機儲氫材料的儲氫技術中同時存在加氫和脫氫過程，根據目前研究來看，對于液體有機儲氫材料的加氫和脫氫過程，普遍存在著反應溫度過高以及反應壓力過大的問題。但高溫高壓下進行反應時容易發生裂解、積碳等副反應，從而導致催化劑的活性降低甚至失活，不利于反應進行，使催化反應效率低下。

對于液體有機儲氫材料的加氫過程，在Yuan?Dong等人公開的文章中提到：有機儲氫材料N-乙基咔唑的加氫反應溫度為180℃，反應壓力為8MPa(參見文獻Yuan?Dong,etal.,Dehydrogenation?kinetics?study?of?perhydro-N-ethylcarbazole?over?asupported?Pd?catalyst?for?hydrogen?storage?application,Int?J?Hydrogen?Energ,41(2016)8498-8505)；CN111569901A中公開了一種可用于有機儲氫材料加氫的催化劑，其加氫的反應條件為反應溫度130-160℃，氫氣壓力為5-8MPa。由這些文獻可以看出，目前在液體有機儲氫材料的加氫反應中，反應的溫度至少要達到130℃以上，反應壓力也至少在5MPa以上，而在這種高反應溫度、高壓力下進行反應，會導致一系列催化效率低下的問題。

對于液體有機儲氫材料的脫氫過程，CN111728831B中公開了一種用于氫氣轉運系統的高選擇性銅箔合金催化劑，作為脫氫催化劑，在將其用于甲基環己烷和甲苯的脫氫反應中時，反應溫度高達350℃。