甲醇水蒸氣重整制氫體系催化劑的擔(dān)載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能提高甲醇水蒸氣微型重整器性能的催化劑的擔(dān)載方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是21世紀(jì)首選的無污染、能量轉(zhuǎn)換效率高的發(fā)電技術(shù)，在航天、軍事、通訊和交通等領(lǐng)域有著廣泛的用途。燃料電池所用的燃料從使用性能上來說氫氣是理想的選擇，氫燃料電池用于電動汽車上基本可以實(shí)現(xiàn)“零排放”。但是氫氣屬于易燃易爆氣體，在運(yùn)輸、儲存等方面具有較大的安全隱患，因此可以利用能提供即時(shí)氫能源的微型重整器解決這一問題。微型甲醇重整器具有良好的傳熱和傳質(zhì)特性，并且其具有較大的內(nèi)部多相系統(tǒng)反應(yīng)面積。間接甲醇燃料電池是將甲醇經(jīng)過重整器轉(zhuǎn)化成氫氣再供給燃料電池的發(fā)電裝置，它集成了純氫燃料電池在低溫快啟動、功率、能量轉(zhuǎn)換率等方面的優(yōu)越性。
[0003]微型甲醇重整器中催化劑的擔(dān)載是一個(gè)重要部分，擔(dān)載過程中如何保證催化劑活性組分分布均勻以及催化劑與反應(yīng)物有較大的接觸面積，對提高催化劑利用率、甲醇轉(zhuǎn)換率和電池壽命具有十分重要的意義。另外，將甲醇?xì)饣笸ㄈ胫卣髦袝休^大氣壓存在，容易將載體上附著的催化劑顆粒吹落造成氣體出口的堵塞，所以催化劑的附著性也是催化劑擔(dān)載過程中需要考慮的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決催化劑脫落造成的重整器性能下降以及脫落的催化劑堵塞出氣孔等問題，本發(fā)明提供了一種甲醇重整水蒸氣制氫體系的擔(dān)載方法，將商業(yè)成品銅基甲醇催化劑擔(dān)載到微流道鋁板載體上。
[0005]所述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種甲醇水蒸氣制氫體系催化劑的擔(dān)載方法，對微流道鋁板表面進(jìn)行電化學(xué)刻蝕及氧化的表面處理增大其表面的粗糙度，以表面經(jīng)過電化學(xué)刻蝕的微流道鋁板為載體，將商業(yè)成品銅基催化劑球磨成納米顆粒制成穩(wěn)定的懸濁液，然后利用浸泡法將催化劑擔(dān)載到載體上。具體步驟如下:
一、微流道載體的制備過程:
取一塊適當(dāng)大小的鋁板，在其表面的一側(cè)用雕刻機(jī)做出實(shí)驗(yàn)所需大小的流道。將其表面洗干凈后放入0.05-0.15mol/l的氯化鈉電解質(zhì)溶液中，將鋁板作為陽極，石墨板作為陰極，室溫下通入電流密度為10-30mS/cm2、電壓為2-10V的恒定電流電化學(xué)刻蝕l_3h?？涛g完成后將鋁片用乙醇和去離子水依次超聲清洗，然后放入干燥箱中烘干。接下來將其放入l-2mol/l的稀硝酸中氧化1-2天，使其表面形成一層氧化膜。
[0006]二、催化劑懸濁液的制備:
將商業(yè)成品銅基甲醇重整催化劑放入研缽中，手動研磨成較小催化劑顆粒，然后將其放入瑪瑙罐中加入適量的去離子水利用高能球磨機(jī)濕磨直至形成納米顆粒催化劑。高能球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為200-300r/min，球磨時(shí)間為12_24h。將濕磨好的催化劑加入適量的去離子水，超聲波振蕩，然后加入少許稀硝酸，超聲波振蕩，接著磁力攪拌形成均勻穩(wěn)定的懸濁液。其中催化劑的含量為5-lOwt.%，稀硝酸的含量為0.5-1.0mol/Ι，每克催化劑對應(yīng)的稀硝酸量為0.2-0.5ml。加入少許的稀硝酸是為了防止催化劑顆粒凝聚，保證懸濁液的穩(wěn)定性。
[0007]三、催化劑在微流道載體上的淀積過程:
首先將微流道載體慢慢浸入配好的懸濁液中，稍后用蠕動栗將其緩慢勻速取出，此時(shí)多余的漿料將沿著流道滑落，然后將其放入60°C恒溫箱中烘干30-40min，最后將其放入有機(jī)玻璃做成的重整室中，用高壓氣槍向重整室中鼓入大量氣體以增大腔內(nèi)氣壓，將附著不牢固的催化劑從載體上吹掉。
[0008]四、重復(fù)步驟三，在微流道載體上便能附著一定量附著性較好的催化劑。其中催化劑的擔(dān)載量為10-40mg.cm 20
[0009]本發(fā)明中，微流道鋁板的流道尺寸:流道寬度為0.1-0.5mm，流道的深度為
0.1-0.5mm，脊的寬度為 0.1-0.5mm。
[0010]本發(fā)明主要考究甲醇重整催化劑的性能及其在載體上的附著性，由于甲醇與催化劑的接觸面積越大甲醇的轉(zhuǎn)化率越高，所以增大催化劑的比表面積會提高其催化性能。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、對微流道鋁板進(jìn)行表面的電化學(xué)腐蝕，使其表面出現(xiàn)幾微米的不規(guī)則臺階狀孔，增大其表面的粗糙度、比表面積和吸附性。
[0011]2、將電化學(xué)刻蝕好的鋁板在稀硝酸中氧化，使其表面形成一層薄薄的氧化層，氧化層可以為催化劑提供支架使其更易附著于載體。
[0012]3、將催化劑擔(dān)載到表面經(jīng)過上述過程處理的微流道鋁板上，可以增加催化劑的附著量、提高催化劑在載體上的附著性，微流道可以在催化劑淀積時(shí)讓多余的催化劑順著流道方向流下，在化學(xué)反應(yīng)時(shí)可以增加甲醇與催化劑的接觸時(shí)間，從而提高甲醇的轉(zhuǎn)化率，改善甲醇水蒸氣微型重整器的性能。
[0013]4、將商業(yè)成品甲醇重整催化劑球磨成納米顆粒使其具有小尺寸效應(yīng)，不僅提高了其比表面積，還可以配成懸濁液方便其在載體上的淀積，使甲醇與催化劑有較大的接觸面積。
[0014]5、用高壓氣槍將每次淀積在載體上的附著性較差的催化劑吹掉以提高催化劑在載體上的附著性，可以解決催化劑脫落造成的重整器性能下降以及脫落的催化劑堵塞出氣孔等問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為經(jīng)過電化學(xué)刻蝕后的微流道鋁板表面；
圖2為均勻穩(wěn)定的催化劑懸濁液。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0017]本發(fā)明提供了一種甲醇水蒸氣制氫體系催化劑的擔(dān)載方法，其具體步驟如下: 一、微流道載體的制備過程:
1、首先用雕刻機(jī)刻出30mmX50mmX20mm的招板，然后用0.5mm的刀刻出寬0.5mm，深0.5mm的流道，并且脊寬為0.5mm。
[0018]2、將雕刻好的鋁板清洗干凈后用酒精、去離子水依次超聲波振蕩5min，然后配置0.lmol/1的氯化鈉溶液200ml