本发明专利技术提供一种光催诱发甲醇部分氧化重组制氢过程及光触媒材料，该过程包括：提供包含甲醇及氧气的一混合气体；进行一照光步骤，该照光步骤使用波长范围377-800纳米的光束，而且照光时间为5-20分钟；以及在进行该照光步骤之后，使该混合气体通过一触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应以得到氢气，其中混合气体通过触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应的起燃温度大约低于150℃，其中触媒材料成份包含金铜/氧化锌(AuCu/ZnO)而以氧化锌作为担体。本发明专利技术利用光催化反应在低于150℃的反应温度下，即可快速启动光触媒甲醇部分氧化重组过程，并以高甲醇转换率产生低一氧化碳(CO)含量的氢气。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是有关于一种氢气生产过程，也是有关于一种光催诱发甲醇部分氧化重组制氢过程及光触媒材料。
技术介绍
氢能是环保的洁净能源与再生能源，而氢燃料电池正是兼顾环保与实际应用最具潜力的绿色发电工具之一。但由于氢气的运输和存储不易，利用碳氢化合物转换成氢气作为燃料通入质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，简称：PEMFC)中即可有效解决此问题。其中又以甲醇重组产生氢气被广泛研究，这是因为甲醇具有高化学活性、产料大且价格低廉的优点。甲醇重组制氢反应包括甲醇部分氧化反应、甲醇水蒸气重组反应和甲醇裂解反应等。其中，甲醇水蒸气重组是强吸热反应，需要外部供给大量的热且反应速度慢。甲醇部分氧化(partial oxidation of methanol，简称：POM)的反应，一般需要提供相当高温度(>200℃)，并搭配用铜锌触媒使的启燃，不仅操作成本较高，也不符合作为需要快速启动的电子产品设备(例如个人3C用品)电池的需求。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种光催诱发甲醇部分氧化重组制氢过程及光触媒材料，利用光触媒的光催化反应，在低于150℃的反应温度下，即可快速启动光触媒进行甲醇部分氧化重组过程，以高甲醇转换率产生低一氧化碳(CO)含量的氢气。本专利技术实施例提供一种甲醇部分氧化重组过程，至少包含提供包含甲醇及氧气的一混合气体；进行一照光步骤；以及在进行该照光步骤之后，使该混合气体通过一触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应以得到氢气，其中包含
甲醇及氧气的体积比为1:2，该照光步骤使用波长范围377-800纳米的光束而照光时间为5-20分钟，其中该混合气体通过该触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应的起燃温度大约低于150℃，其中该触媒材料成份包含金铜/氧化锌(AuCu/ZnO)而以氧化锌作为担体，该触媒材料之中的铜含量相较于该触媒材料的总重量为20至50重量百分比，该触媒材料中的金含量相较于该触媒材料的总重量为1至10重量百分比。本专利技术实施例提供一种用于光催化甲醇部分氧化重组过程的光触媒材料，该光触媒材料的成份包含金铜/氧化锌(AuCu/ZnO)而以具有氧空缺的氧化锌作为担体，该光触媒材料之中的铜含量相较于该触媒的总重量为20至50重量百分比，该光触媒材料中的金含量相较于该光触媒材料的总重量为1至10重量百分比，而该具有氧空缺的氧化锌是使用400℃-600℃的锻烧温度将氧化锌经氮气锻烧1.5小时与空气锻烧0.5小时后而形成，该具有氧空缺的氧化锌中氧空缺含量1-7％。为让本专利技术能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1为所制备金铜锌触媒材料的穿透式电子显微镜图；图2为所制备金铜锌触媒材料与金铜锌氧空缺触媒材料的X光绕射仪图谱；图3为氧化铜与金铜锌氧空缺触媒材料的光致萤光光谱仪图谱；图4为甲醇重组制氢反应系统的示意图；图5为铜锌触媒材料(CZ)与金铜锌触媒材料(A4CZ)在通入混合气体具氧醇比为0.5的反应条件之下、在无照光且由外界持续供热条件下，该触媒材料催化甲醇POM反应的甲醇转换率(Cov)、氢气选择率(SH2)、CO选择率(SCO)的比较示意图；图6为铜锌触媒材料(CZ)与金铜锌触媒材料(A4CZ)在通入混合气体具氧醇比为0.5的反应条件之下、经光照10分钟后关闭光源，并持续提供加热维持外界温度等同于起燃温度的条件下，该些触媒材料催化甲醇POM反应的甲醇转换率(Cov)、氢气选择率(SH2)、CO选择率(SCO)的比较示意图；图7为不同金含量的金铜锌触媒材料在通入混合气体具氧醇比为0.5的反应条件之下、经光照10分钟后关闭光源，并持续提供加热维持外界温度等同于起燃温度的条件下，该些触媒材料催化甲醇POM反应的甲醇转换率(Cov)、氢气选择率(SH2)、CO选择率(SCO)；图8为金铜锌触媒材料(A4CZ)在不同反应条件下，该触媒材料催化甲醇POM反应的甲醇转换率(Cov)、氢气选择率(SH2)、CO选择率(SCO)的比较示意图；图9为金铜锌触媒材料(A4CZ)在不同反应条件下，该触媒材料催化甲醇POM反应的甲醇转换率(Cov)、氢气选择率(SH2)、CO选择率(SCO)的比较示意图；图10为类比于A4CZ，具有氧空缺的金铜锌触媒材料在经光照10分钟后关闭光源与热能(不持续加热)条件下，该触媒材料催化甲醇POM反应的甲醇转换率(Cov)、氢气选择率(SH2)、CO选择率(SCO)的比较示意图。附图标记说明：400：绝热反应器；402：混合槽；404：液态泵；406：预热器；408：质流控制器；410：触媒；411：触媒床；412：炉管；414：热传导检测器-气相层析仪；416：分子筛5A层析管；418：Porapak Q层析管；420：光源；422：光纤。具体实施方式甲醇部分氧化反应整体是一个复杂的反应体系，根据所采用不同的触媒
和反应条件，甲醇可通过不同的反应，包括甲醇燃烧(Combustion)、蒸气重组(Steam reforming)与裂解(Decomposition)等来进行。甲醇部分氧化产氢的总反应可以以下式简式表示:CH3OH+0.5O2→CO2+2H2氧化锌(ZnO)为常见的光触媒之一，其具有稳定度高、低污染、价钱便宜等优点，但氧化锌光触媒的制氢效率偏低，主要是因为(1)光激发产生的电子-空穴对再结合(Recombination)的方式释放能量；(2)ZnO的能阶约为3.37eV(室温下)，无法有效的利用可见光。铜锌合金系统的触媒也是常见的甲醇部分氧化催化剂，其相较于贵金属触媒有低一氧化碳(CO)选择率与高产氢能力的优势。然而，铜锌触媒热稳定性较低。在本专利技术中，选择添加金粒子来修饰铜锌触媒(以氧化锌或具有氧空缺的氧化锌作为担体)作为光催化触媒材料，来进行光催诱发甲醇部分氧化重组制氢过程。因金为光敏感物质，在可见光吸收波段约520nm左右具有可调节表面等离子体共振(Surface Plasma Resonance)性质，提供局域场增强效应、共振耦合效应、萤光特性以及良好的稳定性，故可降低所修饰光触媒的能阶与电子接受者，增加光催化甲醇产氢反应的效率，提升光催化效果。本专利技术利用金铜锌(AuCu//ZnO)触媒搭配照光步骤以进行光催化触媒，催化甲醇部分氧化反应以生产一富氢气体。本专利技术所使用光触媒搭配照光步骤可有效降低POM反应的起燃温度，并使POM反应仍具有高甲醇转化率(CMeOH)及低CO选择率(SCO)的优点。触媒材料的制备方法触媒合成主要分成两个步骤，首先利用共沉淀法(co-precipitation)法，将前驱物硝酸铜、硝酸锌的混和物(重量百分比30:70)溶于70℃水溶液中并快速加入2M的碳酸氢钠水溶液，调整沉淀pH值7～8时产生一浅蓝色沉淀物。所得沉淀物在105℃下烘干后，利用沉积沉淀法(deposition precipitation)将金的前驱物四氯金酸滴入，并且用碳酸钠与10％盐酸溶液，来控制pH值为7，待pH值稳定后(约一小时)，即停止反应。过滤收集沉淀物，在400℃下空气中锻烧两小时，即可得到金铜锌触媒(AuxCu/ZnO，实验代号AxCZ，其中x为金占金铜锌触媒材料总本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种甲醇部分氧化重组过程，其特征在于，包括：提供包含甲醇及氧气的一混合气体，其中包含甲醇及氧气的体积比为1:2；进行一照光步骤，所述照光步骤使用波长范围377‑800纳米的光束，而且照光时间为5‑20分钟；以及在进行所述照光步骤之后，使所述混合气体通过一触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应以得到氢气，其中所述混合气体通过所述触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应的起燃温度低于150℃，其中所述触媒材料成份包含金铜/氧化锌(AuCu/ZnO)而以氧化锌作为担体，所述触媒材料之中的铜含量相较于所述触媒材料的总重量为20至50重量百分比，所述触媒材料中的金含量相较于所述触媒材料的总重量为1至10重量百分比。
【技术特征摘要】
1.一种甲醇部分氧化重组过程，其特征在于，包括：提供包含甲醇及氧气的一混合气体，其中包含甲醇及氧气的体积比为1:2；进行一照光步骤，所述照光步骤使用波长范围377-800纳米的光束，而且照光时间为5-20分钟；以及在进行所述照光步骤之后，使所述混合气体通过一触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应以得到氢气，其中所述混合气体通过所述触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应的起燃温度低于150℃，其中所述触媒材料成份包含金铜/氧化锌(AuCu/ZnO)而以氧化锌作为担体，所述触媒材料之中的铜含量相较于所述触媒材料的总重量为20至50重量百分比，所述触媒材料中的金含量相较于所述触媒材料的总重量为1至10重量百分比。2.根据权利要求1所述的甲醇部分氧化重组过程，其特征在于，所述混合气体通过所述触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应的起燃温度低于100℃。3.根据权利要求1所述的甲醇部分氧化重组过程，其特征在于，所述混合气体通过所述触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应的起燃温度低于或等于70℃，而所述触媒材料中的金含量相较于所述触媒材料的总重量为4至10重量百分比。4.根据权利要求3所述的甲醇部分氧化重组过程，其特征在于，所述触媒材料进行甲醇部分氧化重组反应的甲醇转换率达95％或以上与氢气选择率达90％或以上。5.根据权利要求1所述的甲醇部分氧化重组过程，其特征在于，所述触媒材料中的金微粒的颗粒粒径尺寸约为2-4纳米。6.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄钰轸，廖翊君，
申请(专利权)人：黄钰轸，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。