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現(xiàn)“零排放”。但是氫氣屬于易燃易爆氣體，在運輸、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]本發(fā)明的目的提供一種甲醇水蒸氣重整制氫體系催化劑的擔(dān)載方法，將商業(yè)成品銅基甲醇重整催化劑擔(dān)載到碳化硅泡沫陶瓷載體上。由于碳化硅泡沫陶瓷的多孔結(jié)構(gòu)催化劑可以牢固的附著在其表面上，從而提高催化劑的附著力及附著量，這樣就會提高甲醇的轉(zhuǎn)化率，提高微型甲醇重整器的性能。本發(fā)明可以增加商業(yè)成品甲醇重整催化劑在載體上的附著量，有利于甲醇水蒸氣制氫轉(zhuǎn)化率的提高，另外還可以提高催化劑的附著性，避免氣流較大時催化劑被吹落影響甲醇水蒸氣微型重整器的性能。
[0005]所述目的是通過下面的方案實現(xiàn)的:
一種甲醇水蒸氣重整制氫體系催化劑的擔(dān)載方法，以碳化硅泡沫陶瓷為載體，將商業(yè)成品銅基甲醇重整催化劑球磨成粉，然后制成穩(wěn)定的懸濁液，再用浸泡法將催化劑擔(dān)載到泡沫陶瓷載體上。具體步驟如下:
一、納米顆粒催化劑的制備過程:
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，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為200-300r/min，球磨時間為12_24h。
[0006]二、懸濁液的制備過程:
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、催化劑在碳化硅泡沫陶瓷上的淀積過程:
首先將碳化硅泡沫陶瓷慢慢浸入配好的懸濁液中，稍后再緩慢勻速取出，然后將其放入60 0C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，就可以將附著不牢固的催化劑從載體上吹掉。
[0008]四、重復(fù)步驟三，在碳化硅泡沫陶瓷上便能附著一定量的催化劑并且其附著性良好，其中催化劑的擔(dān)載量為10-40mg.cm 20
[0009]本發(fā)明主要考究微型甲醇水蒸氣重整催化劑的性能以及其在載體上的附著力，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:
1、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，可以提高甲醇與催化劑的接觸面積，從而提尚催化劑的性能。。
[0010]2、碳化硅泡沫陶瓷具有密度小、氣孔率高、比表面積大等優(yōu)良特性，可以均勻有效地吸附一定量的催化劑，提高其與甲醇的接觸面積從而提高了甲醇的轉(zhuǎn)化率。
[0011]3、碳化硅具有良好的吸附性，可以保證在較大的氣流下催化劑不掉落，保證氫氣的有效排出，從而提高了甲醇水蒸氣微型重整器的性能。
[0012]4、將淀積在碳化硅泡沫陶瓷上吸附性不好的催化劑顆粒用高壓氣槍吹掉，這樣就能確保載體上的催化劑具有良好的吸附性。
【附圖說明】
[0013]圖1為甲醇水蒸氣微型重整器的結(jié)構(gòu)圖；
圖2為碳化硅泡沫陶瓷；
圖3為均勻穩(wěn)定的催化劑懸濁液。
【具體實施方式】
[0014]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。
[0015]如圖1所示為甲醇水蒸氣微型重整器的組成部分，包括由第一鐵板I和第二鐵板4做成的加熱裝置，2是甲醇?xì)饣皇惯M(jìn)入重整室中的甲醇溶液氣化，3為化學(xué)反應(yīng)腔，將擔(dān)載好催化劑的載體放入其中。
[0016]如圖2所示，本發(fā)明的催化劑載體為碳化硅泡沫陶瓷，首先要準(zhǔn)備好適合重整室腔體大小的催化劑載體，即準(zhǔn)備30mmX 50mmX 20mm大小的碳化娃泡沫陶瓷。
[0017]本發(fā)明提供的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:
步驟一、納米顆粒催化劑的制備:
取出5g商業(yè)成品銅基甲醇重整催化劑放入研缽中，手動將其研磨成較小顆粒，然后將其放入瑪瑙罐中并加入1ml去離子水，再用高能球磨機(jī)研磨16h，其中球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為200r/mim,即可得到納米顆粒催化劑。
[0018]步驟二、催化劑懸濁液的制備:
將濕磨好的的催化劑取出，加入10ml去離子水，將其放入60°C的恒溫箱蒸發(fā)溶液至50ml，超聲波振蕩30min，然后加入2ml摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為lmol/1的稀硝酸，接著超聲波振蕩30min，然后磁力攪拌24h即可得到均勾穩(wěn)定的懸池液(圖3)。
[0019]步驟三、催化劑在碳化硅泡沫陶瓷上的淀積:
將表面潔凈的泡沫陶瓷慢慢浸入懸濁液中，一分鐘后利用蠕動栗將其勻速緩慢取出，然后將其放入60°C的恒溫箱中干燥30min，再將其放入有機(jī)玻璃做成的重整室模具中，用高壓氣槍向模具中鼓入大量氣體，使腔內(nèi)充滿壓強(qiáng)較大的氣流以吹落碳化硅泡沫陶瓷上附著性不好的催化劑。如此反復(fù)上述過程幾次就可以在30mmX50mmX20mm的泡沫陶瓷上擔(dān)載300mg的催化劑，并且具有良好的吸附特性。其中泡沫陶瓷上催化劑的擔(dān)載量與擔(dān)載次數(shù)與懸濁液中催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有密切關(guān)系，懸濁液中催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，溶液越粘稠，每次擔(dān)載到碳化硅泡沫陶瓷上的催化劑的質(zhì)量就越大，并且在一定的范圍內(nèi)擔(dān)載的次數(shù)越多，載體上淀積的催化劑的質(zhì)量越大，但是其附著性相較于催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小的懸濁液會變差。另外單位體積上催化劑每次的擔(dān)載量以及其最大的擔(dān)載量與碳化硅泡沫陶瓷的孔隙率有很大關(guān)系，孔隙率越大每次的擔(dān)載量越大，擔(dān)載量的最大值越大。
[0020]甲醇水蒸氣重整制氫過程:
首先驗證重整室的氣密性，將組裝好的重整器用螺絲密封，通入氬氣后放入水中，重整室各個接觸面無氣泡出現(xiàn)則說明氣密性良好。然后將擔(dān)載好催化劑的碳化硅泡沫陶瓷放入重整室中，組裝好后用螺絲將其密封，然后開始對重整室加熱直至240°C，同時用蠕動栗以一定流速通入水醇比為1.1:1的甲醇水溶液，甲醇水溶液在重整室中先氣化然后進(jìn)入放有催化劑的腔內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)，其中催化劑還需要經(jīng)過甲醇20min的還原才可以進(jìn)行甲醇重整制氫的化學(xué)反應(yīng)，即當(dāng)重整室的溫度達(dá)到240°C后20min就會有氫氣生成，然后通過排水法測試生成氣體的速度進(jìn)而推算甲醇的轉(zhuǎn)化率，利用氣相測譜儀分析生成氣體中CO、比的百分比，然后通過改變加熱的溫度研究在多少度下CO的含量最小，甲醇的轉(zhuǎn)化率最大。
【主權(quán)項】
1.一種甲醇水蒸氣重整制氫體系催化劑的擔(dān)載方法，其特征在于所述方法步驟如下: 一、納米顆粒催化劑的制備過程: 將銅基甲醇重整催化劑放入研缽中研磨成催化劑顆粒，然后將其放入瑪瑙罐中利用高能球磨機(jī)濕磨直至形成納米顆粒催化劑； 二、懸濁液的制備過程:將濕磨好的催化劑加入去離子水，超聲波振蕩，然后加入稀硝酸，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5-10wt.%，稀硝酸的含量為0.5-1.0mol/1 ； 三、催化劑在碳化硅泡沫陶瓷上的淀積過程: 首先將碳化硅泡沫陶瓷慢慢浸入配好的懸濁液中，稍后取出將其放入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氣體將附著不牢固的催化劑從載體上吹掉； 四、重復(fù)步驟三，直至碳化硅泡沫陶瓷上催化劑的淀積量為10-40mg.Crn202.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇水蒸氣重整制氫體系催化劑的擔(dān)載方法，其特征在于所述高能球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為200_300r/min，球磨時間為12_24h。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇水蒸氣重整制氫體系催化劑的擔(dān)載方法，其特征在于所述每克催化劑對應(yīng)的硝酸為0.2-0.5ml。
【專利摘要】一種甲醇水蒸氣重整制氫體系催化劑的擔(dān)載方法，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。本發(fā)明以碳化硅泡沫陶瓷為載體，將商業(yè)成品銅基甲醇重整催化劑球磨成粉，然后制成穩(wěn)定的懸濁液，再用浸泡法將催化劑擔(dān)載到泡沫陶瓷載體上。本發(fā)明可以增加商業(yè)成品甲醇重整催化劑在載體上的附著量，有利于甲醇水蒸氣制氫轉(zhuǎn)化率的提高，另外還可以提高催化劑的附著性，避免氣流較大時催化劑被吹落影響甲醇水蒸氣微型重整器的性能。
【IPC分類】C01B3/32, B01J27/224, B01J35/10
【公開號】CN105148962
【申請?zhí)枴緾N201510510021
【發(fā)明人】張宇峰, 脫艷景, 劉曉為, 張雪林
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月19日