一种高效碳化硅催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种负载贵金属的高效碳化硅催化剂，比表面积60～400

【技术实现步骤摘要】
一种高效碳化硅催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于储氢
，尤其涉及一种高效碳化硅催化剂，以及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的二次能源，是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介。氢能逐渐成为全球能源技术革命和产业发展的重要方向，也是未来能源绿色转型发展的重要载体。但氢能制、储、运、用的全产业链条中，氢气的安全、高效储存一直是一个世界级难题。
[0003]目前高压氢气瓶仍是主流，国内以35MPa III型瓶为主，储氢质量密度为3.9%，体积储氢密度20g/L，尚不具备IV型瓶的生产能力。目前最先进气态储氢瓶为日本丰田生产的IV型70MPa储氢瓶，质量密度达到5.7%，体积储氢密度为40.8g/L。由此可见高压氢气瓶的主要缺点是储氢密度较低，并且储氢量很难大幅度提高。另外还需要解决阀体与瓶体间接口的泄露问题。大规模运输时以长管拖车为主，经济半径200～300km以内。
[0004]甲醇、乙醇等醇类，储氢有机液体具有材料储氢密度高，常温常压储运，安全性高的特点，逐渐成为继高压气态储氢之后的新一代储氢技术。含氢原料在高温与高压的条件下，经催化剂作用按需制备氢气。该技术目前仍然存在尚未完全解决的难题，关键问题之一是制氢转化率较低，一般在80～90%之间。分析主要原因为制氢反应器内温度场分布不均匀。提高温度分布的挑战在于如何制备出同时满足“优异的催化性能”和“良好的传热性能”的催化剂。此外，热场分布均匀，有利于解决催化剂抗热冲击能力差、活性纳米颗粒容易剥离的难题，从而提高催化剂寿命。
[0005]目前应用于制氢的催化剂组分为贵金属铂或者钯及它们的氧化物，载体一般为三氧化二铝、二氧化硅等。以上常用催化剂的导热系数往往低于0.5W/(m K)，导热性极差，造成制氢反应器内温度场分布严重不均匀，部分区域存在“冷点”和“热点”，是制氢转化率较低的关键原因。目前可用的碳化硅催化剂比表面积较小，活性较差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一旨在提供一种高效碳化硅催化剂，以解决现有催化剂导热性差、活性低、寿命短的难题。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效碳化硅催化剂，其主要组成为碳化硅载体和负载量为0.5～3.0wt%的贵金属活性粒子；所述碳化硅为整体式微通道结构；所述的贵金属活性粒子为Pd粒子、Pt粒子中的至少一种，粒径范围1～10nm。
[0008]本专利技术的目的之二是提供上述高效碳化硅催化剂的制备方法，过程包括碳化硅浆料的制备、光固化3D打印碳化硅载体、原位生长碳化硅晶须、贵金属的负载四个步骤：1）碳化硅浆料的制备：将30～50wt%的碳化硅粉体、40～60wt%的DLP光敏树脂和4～6wt%的2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦混合加入球磨罐中，其中碳化硅粉体的粒
径为10～100nm，在三维震摆球磨机上转速1000～1500r/s下球磨5～15min，然后加入4～6wt%的分散剂solsperse
‑
17000在相同转速下球磨2～5min，随后在真空度为70～90kPa的条件下除气2～5h，得到分散均匀的碳化硅浆料；2）光固化3D打印碳化硅载体：将配置好的碳化硅浆料导入打印料槽中，在光固化成型参数为曝光功率60～90mW/cm2、曝光时间50～70s、层厚设置为20～30μm条件下自上而下的打印成型，获得微通道碳化硅载体；3）原位生长碳化硅晶须：将碳化硅载体浸渍在酚醛树脂和氯化镍溶液中1～3h，取出后放入碳管炉内热解，热解温度为600～800℃，保护气氛为氩气，流量为0.5～2.0L/min，保持0.5～2.0h后，关闭氩气，将炉温升至1200～1300℃，通入氢气，流量为1.0～1.5L/min，以20℃/min的升温速度升温至1500～1600℃，然后保温0.5～1.0h，在碳化硅载体表面原位生长出碳化硅晶须；4）贵金属的负载：以尿素作为缓释碱，利用其分解产生的氨气调节钯或铂盐溶液的pH为8.0，将钯或铂以氢氧化物形式沉淀在处理好的碳化硅载体上，然后在流通空气中于600～800℃温度焙烧，再经氢气还原得到比表面积60～400
㎡
/g、常温导热系数≥120 W/（mK）、耐温≥500℃、贵金属负载量为0.5～3.0wt%碳化硅催化剂。
[0009]本专利技术的目的之三是提供上述高效碳化硅催化剂应用于有机物脱氢反应、醇类重整制氢、氢氧复合反应等，显著提高催化剂导热性，从而提高催化剂的活性与使用寿命，其反应压力一般在100kPa～3000kPa，反应温度200～500℃。
[0010]本专利技术的有益效果在于：本专利技术依次通过3D打印碳化硅微通道载体，原位生长碳化硅晶须，负载贵金属颗粒制成催化剂，具有活性位点丰富、导热性好、活性粒子不易剥离的优点，兼具“优异的催化性能”和“良好的传热性能”，提高了催化剂的活性与使用寿命。
[0011]本专利技术碳化硅比表面积60～400
㎡
/g、常温导热系数≥120 W/（mK）、耐温≥500℃、贵金属负载量为0.5～3.0wt%，具有发达的直通孔结构，不存在内部孔道结构，缩短了传质孔道，提高了传质速率、降低了压力降。
附图说明
[0012]图1是本催化剂与常用催化剂在导热系数指标的对比。
具体实施方式
[0013]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明如下。
[0014]实施例1（1）催化剂制备碳化硅浆料的制备：将粒径为10 nm的SiC粉体（50wt%）、DLP光敏树脂（40wt%）、2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦（6wt%）混合加入球磨罐中，在三维震摆球磨机上，转速1000r/s下球磨15min，然后加入solsperse17000（4wt%）在相同转速下球磨5min，随后在真空度为70kPa的条件下除气5h，得到分散均匀的碳化硅浆料。
[0015]光固化3D打印碳化硅载体：将配置好的碳化硅浆料导入打印料槽中，在光固化成型参数为曝光功率90mW/c
㎡
、曝光时间50s、层厚设置为20μm条件下自上而下的打印成型，
获得微通道碳化硅载体。
[0016]原位生长碳化硅晶须：将碳化硅载体浸渍在酚醛树脂和氯化镍溶液中3h，取出后放入碳管炉内热解，热解温度为600℃，保护气氛为氩气，流量为0.5L/min，保持2.0h后，关闭氩气，将炉温升至1300℃，通入氢气，流量为1.0L/min，以20℃/min的升温速度升温至1600℃，然后保温0.5h，在碳化硅载体表面原位生长出碳化硅晶须。
[0017]贵金属的负载：以尿素作为缓释碱，利用其分解产生的氨气调节Pd盐溶液的pH为8.0，将Pd以氢氧化物形式沉淀在处理好的碳化硅载体上。然后在流通空气中于800℃温度焙烧，再经氢气还原得到催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效碳化硅催化剂，其特征在于：由负载量为0.5～3.0wt%的贵金属活性粒子和具有整体式微通道结构的碳化硅载体组成，所述的贵金属活性粒子为钯粒子或铂粒子或二者的结合，粒径范围1～10nm。2.一种如权利要求1所述高效碳化硅催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）碳化硅浆料的制备：将30～50wt%的碳化硅粉体、40～60wt%的DLP光敏树脂和4～6wt%的2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦混合加入球磨罐中，其中碳化硅粉体的粒径为10～100nm，在三维震摆球磨机上转速1000～1500r/s下球磨5～15min，然后加入4～6wt%的分散剂solsperse
‑
17000球磨2～5min，随后在真空度为70～90kPa的条件下除气2～5h，得到分散均匀的碳化硅浆料；2）光固化3D打印碳化硅载体：将配置好的碳化硅浆料导入打印料槽中，在光固化成型参数为曝光功率60～90mW/cm2、曝光时间50～70s、层厚设置为20～30μm条件下自上而下...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海港，方晓，吴飞，马骏驰，郭俊，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：