纳米镍触媒及碳氧化物的氢化方法技术

本发明专利技术公开一种纳米镍触媒及碳氧化物的氢化方法。所述碳氧化物的氢化方法是使用所述纳米镍触媒作为碳氧化物的氢化为低碳烃类的催化剂。所述纳米镍触媒包含一镍金属本体部以及数个微结构，所述微结构连接于所述镍金属本体部的至少一表面上，并且所述微结构为尖状，具有长径比介于2‑5之间。

【技术实现步骤摘要】
纳米镍触媒及碳氧化物的氢化方法
本专利技术涉及一种纳米镍触媒及碳氧化物的氢化方法，特别是有关于一种具有尖状微结构的纳米镍触媒及利用所述纳米镍触媒的碳氧化物的氢化方法。
技术介绍
由于环保问题越来越受到重视，特别是主要由二氧化碳所造成的温室效应，特别需要改善。若能提供一种可将含有二氧化碳的气体，如工厂排放的废气或烟道气等，直接转化为具有经济价值的物质，对于改善环保问题也有所助益。传统上，为了增加触媒与反应物碰撞机会，会将触媒颗粒微小化，以增加其表面积，微粒化的触媒可适用于部分工业工艺(例如石油工业中的催化裂解反应系统)。但一般而言，由于触媒颗粒过小，使用上有其不便之处，因此对于工业化工艺，会将其造粒制成较大的触媒颗粒，常见的有球形或是圆柱形触媒。也有将触媒装填于圆管中形成一固定床反应器的方式，然而当流体通过时会造成相当大的压降，尤其当触媒颗粒愈小，流速上升时，此现象更为显著，因此必须进行加压得以使反应气体通过触媒床，故而工业上固定床反应器并不适合使用于处理流量大的废气。故，有必要提供一种纳米镍触媒及碳氧化物的氢化方法，可以有效处理气体中的二氧化碳，以解决现有技术中所存在的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种纳米镍触媒，其表面具有特殊微结构，可增加触媒的比表面积，并且在触媒与触媒之间保持一特定距离，当数个纳米镍触媒被堆叠使用时，可在触媒彼此之间保留可让反应物流通的通道，因此可以进一步提高反应物与触媒之间的接触面积，提高反应效率及转化率。此外，本专利技术的纳米镍触媒，特别有利于形成触媒床，以供气体反应物的催化反应。本专利技术的另一目的在于提供一种碳氧化物的氢化装置，其利用上述的纳米镍触媒填充于反应器内作为碳氧化物的氢化反应的催化剂，可将二氧化碳或一氧化碳转化为甲烷、乙烷或丙烷等低碳烃类，此外，可串联多个反应器来提高氢化反应的转化率，或者可在不同反应器内进行不同反应条件，以获得所需要的产物。本专利技术的再一目的在于提供一种碳氧化物的氢化方法，利用上述的纳米镍触媒所形成的触媒床来进行二氧化碳/一氧化碳的氢化反应，以制造一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷等具有经济效益的气体，所述碳氧化物的氢化方法具有高转化率及高产率的优点，同时亦可在常压下进行，在大量处理二氧化碳上具有其优势。为达成前述的目的，本专利技术的一实施例提供一种纳米镍触媒，其包含：一镍金属本体部；以及数个微结构，连接于所述镍金属本体部的至少一表面上，其中所述微结构为尖状，并且所述微结构的长径比介于2至5之间。在本专利技术的一实施例中，所述微结构包含镍金属。在本专利技术的一实施例中，所述微结构由镍金属所构成。在本专利技术的一实施例中，所述镍金属本体部为球形。在本专利技术的一实施例中，所述镍金属本体部是多孔的、实心的或中空的。在本专利技术的一实施例中，所述镍金属本体部具有一吸附孔洞体积介于0.0024至0.0062立方厘米/公克之间。在本专利技术的一实施例中，所述纳米镍触媒具有一比表面积介于1.5至2.0平方米/公克之间。在本专利技术的一实施例中，所述纳米镍触媒具有将二氧化碳及/或一氧化碳还原成低碳烃类的能力。在本专利技术的一实施例中，所述低碳烃类选自甲烷、乙烷、丙烷与其组合所组成的群组。为达成前述的目的，本专利技术的另一实施例提供一种碳氧化物的氢化装置，其包含：一第一反应器，内部填充有一第一触媒床；以及一第二反应器，与所述第一反应器通过一通道相连接，所述第二反应器内部填充有一第二触媒床；其中所述第一触媒床和所述第二触媒床都包含如上所述的纳米镍触媒。在本专利技术的一实施例中，所述第一触媒床具有一第一触媒填充率的最小值为0.3公克/毫升，并且所述第二触媒床具有一第二触媒填充率的最小值为0.15公克/毫升。为达上述的目的，本专利技术的再一实施例提供一种碳氧化物的氢化方法，其包含下列步骤：(1)使一碳氧化物和氢气在一第一触媒床的催化下进行一第一氢化反应，产生一第一混合气流，其中所述第一触媒床包含如上所述的纳米镍触媒。在本专利技术的一实施例中，所述第一氢化反应的一第一反应温度T1为180-250℃。在本专利技术的一实施例中，在所述步骤(1)中，所述二氧化碳的流量为7.2毫升/分钟；所述氢气的流量为30毫升/分钟。在本专利技术的一实施例中，所述碳氧化物的氢化方法另包含一步骤：(2)使所述第一混合气流和氢气在一第二触媒床的催化下进行一第二氢化反应，产生一低碳烃类混合气流，其中所述第二触媒床包含如上所述的纳米镍触媒。在本专利技术的一实施例中，所述第二氢化反应的一第二反应温度T2为600-800℃。在本专利技术的一实施例中，在所述步骤(2)中，所述二氧化碳的流量为7.2毫升/分钟；所述氢气的流量为30毫升/分钟。在本专利技术的一实施例中，所述步骤(1)之前，另包含一步骤：将所述第一触媒床与所述第二触媒床在氢气中加热至250℃，使所述第一触媒床和所述第二触媒床进行一还原反应。在本专利技术的一实施例中，所述步骤(1)中，另包含：将一惰性气体和所述二氧化碳与所述氢气共同形成一反应气流。在本专利技术的一实施例中，所述惰性气体是氮气或氩气。在本专利技术的一实施例中，所述第一混合气流包含甲烷和一氧化碳。在本专利技术的一实施例中，所述低碳烃类混合气流包含选自于甲烷、乙烷、丙烷或其任意组合所组成的一群组。附图说明图1A至1B：本专利技术一实施例的纳米镍触媒以扫描式电子显微镜(SEM)进行观察的照片。图2：本专利技术一实施例的二氧化碳氢化装置的示意图。图3A至3B：本专利技术实验1的纳米镍触媒以扫描式电子显微镜进行观察的照片。具体实施方式为了让本专利技术的上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本专利技术较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。再者，本专利技术所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧面、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参照附加图式的方向。此外，本专利技术所提到的单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。数值范围(如10％～11％的A)若无特定说明皆包含上、下限值(即10％≦A≦11％)；数值范围若未界定下限值(如低于0.2％的B，或0.2％以下的B)，则皆指其下限值可能为0(即0％≦B≦0.2％)。上述用语是用以说明及理解本专利技术，而非用以限制本专利技术。首先，本专利技术的一实施例提供一种纳米镍触媒，可用于催化碳氧化物的氢化反应。所述纳米镍触媒的结构主要包含一镍金属本体部，以及在所述镍金属本体部的至少一表面上的数个微结构。所述数个微结构呈尖状，可例如是针状、棘刺状、或锥状，然不限于此。所述微结构的长径比介于2至5之间，可例如是2.5、3.0或4.5，然不限于此。如图1A及1B所示，所述纳米镍触媒具有不同的尖状微结构，图1A的纳米镍触媒是由磁场诱导后所形成的，而图1B则是不经过磁场诱导形成的。在本专利技术的一实施例中，所述微结构的成分主要包含镍金属，也就是说，可以在制造所述镍金属本体部同时形成所述微结构，但也可以是所述镍金属本体部形成之后再附接于所述镍金属本体部的表面上。或者，所述微结构中也可以包含有其他成分，例如贵金属，可视需要修饰所述微结构，达成所需要的催化反应。所述微结构的主要功能除了可以增加所述纳米镍触媒的总表面积，也可以在填充于一容器内时，维持所述镍金属本体部彼此之间的距离，使所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米镍触媒，其特征在于，所述纳米镍触媒包含：一镍金属本体部；以及数个微结构，连接于所述镍金属本体部的至少一表面上，其中所述微结构为尖状，并且所述微结构的长径比介于2至5之间。

【技术特征摘要】
2017.09.06 TW 106130511;2016.12.22 US 62/438,3691.一种纳米镍触媒，其特征在于，所述纳米镍触媒包含：一镍金属本体部；以及数个微结构，连接于所述镍金属本体部的至少一表面上，其中所述微结构为尖状，并且所述微结构的长径比介于2至5之间。2.如权利要求1所述的纳米镍触媒，其特征在于，所述微结构包含镍金属。3.如权利要求2所述的纳米镍触媒，其特征在于，所述微结构由镍金属所构成。4.如权利要求1所述的纳米镍触媒，其特征在于，所述镍金属本体部为球形。5.如权利要求1所述的纳米镍触媒，其特征在于，所述镍金属本体部是多孔的、实心的或中空的。6.如权利要求5所述的纳米镍触媒，其特征在于，所述镍金属本体部具有一吸附孔洞体积介于0.0024至0.0062立方厘米/公克之间。7.如权利要求1所述的纳米镍触媒，其特征在于，所述纳米镍触媒具有一比表面积介于1.5至2.0平方米/公克之间。8.如权利要求1所述的纳米镍触媒，其特征在于，所述纳米镍触媒具有将二氧化碳还原成低碳烃类的能力。9.如权利要求8所述的纳米镍触媒，其特征在于，所述低碳烃类选自甲烷、乙烷、丙烷与其组合所组成的群组。10.一种碳氧化物的氢化方法，其特征在于，所述氢化方法包含下列步骤：(1)使二氧化碳和氢气在一第一触媒床的催化下进行一第一氢化反应，产生一第一混合气流，其中所述第一触媒床包含如权利要求1所述的纳米镍触媒。11.如权利要求10所述的碳氧化物的氢化方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝伯威，黄晟维，侯瑜雯，王振乾，陈志勇，
申请(专利权)人：成功大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71