本发明专利技术提供了一种生产纳米碳和氢气的方法，步骤包括：以烃为原料，在0~1MPa压力、500~850℃温度条件下，催化裂解烃得到纳米碳粗品和氢气，将纳米碳粗品在250~400℃煅烧0.8~1.5h，然后在浓盐酸中回流2~5h，收集固体，干燥，得到纯净的纳米碳。本发明专利技术提供的裂解烃生产纳米碳和氢气的催化剂和方法，能够消除无定形碳前驱体或副产物，并且可以使用含有二氧化碳、氧气和水等气体存在的原料进行生产；降低了原料的纯度要求，大大降低了生产成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，尤其涉及一种以烃为原料进行裂解，生产纳米碳和氢气的催化剂和方法。
技术介绍
低级碳氢化合物(烃)裂解为成碳和氢，其为吸热反应，如果想通过一步反应达到高的转化率，就需要较高的反应温度，但是，由于较高的分解反应温度进行分解较低的碳氢化合物，带来反应速度提高，就造成在固体催化剂表面生成大量的固体结碳。这种固体结碳里面除了一些功能性的纳米碳，碳纳米纤维以外，它还含有无定形碳副产品。无定形碳的生成将导致与金属催化剂反应，而产生一种惰性金属碳化物覆盖催化剂的表面，降低了催化剂的催化活性，降低分解氢和碳纳米碳的反应速度，降低碳氢化合物的转换速度。因此，传统的制造方法是尽可能用高纯度的烃类为原料。近年来，石油等化石资源的枯竭担忧，太阳能，风能和生物质能成为引人注目的替代能源，氢气燃烧不排放引起温室效应的二氧化碳，所以已作为一种清洁能源引起人们的极大关注。沼气是一种可再生能源，主要成分为低级烃甲烷，利用沼气代替石油化工烃产品为原料，裂解制备纳米碳和氢气，能够解决石油短缺带来的压力。但是，如上述所述，现有的裂解低级烃生产纳米碳的方法，必须要高纯度的烃原料，对碳氢化合物的精制设备的需要、以及运行成本的增加成为产业化的阻碍，如沼气里二氧化碳的去除需要PSA或膜分离设备。
技术实现思路
针对利用烃裂解生产纳米碳和氢气存在的上述问题，本专利技术提供了一种新的生产纳米碳和氢气的催化剂和方法，降低了烃原料纯度要求，从而降低了纳米碳和氢气的生产成本。本专利技术提供的生产纳米碳和氢气的方法，步骤包括:以烃为原料，在(TlMPa压力、50(T85(TC温度条件下，催化裂解烃得到纳米碳粗品和氢气，将纳米碳粗品在25(T400°C煅烧0.8^1.5h，然后在浓盐酸中回流2~5h，收集固体，干燥，得到纯净的纳米碳。优选地，所述生产纳米碳和氢气的方法，将纳米碳粗品在300°C煅烧，然后在浓盐酸中100°C回流。其中，所述原料可以是目前已知的能够裂解生产纳米碳和氢气的任意烃，优选为01-05的烃中的任意一种或几种，或含有Cf C5烃中任意一种的混合气体，如甲烷、乙烷，丙烷，丁烷，乙烯，丙烯，丁二烯、戊烷中的任意一种或几种、或含有上述任意烃的混合气体。根据本专利技术所述生产纳米碳和氢气的方法的一种优选实施例，所述原料为沼气。更优选地，所述沼气中可以含有二氧化碳、一氧化碳、氮气、水、氧气中的任意一种或几种。根据本专利技术所述生产纳米碳和氢气的方法的更优选实施例，所述沼气中含有体积含量为0.05%-35%的二氧化碳，含有体积含量为0.05%-10%的水、和/或一氧化碳、和/或氧气、和/或氮气。本专利技术所述生产纳米碳和氢气的方法中，所述裂解烃所用催化剂的活性金属优选为铁、镍、钴中的任意一种或几种的混合物。其中，所述催化剂还可以包括第二金属，第二金属选自门捷列夫元素周期表第IB和VIII族金属，如铜、金、银、钌、铑、钯、锇、铱、钼。所述催化剂还包括载体，所述载体选自氧化镁、氧化铝、氧化硅，更优选为氧化镁。优选地，所述催化剂制备方法为:在反应溶剂中，M(NO3)x、载体金属化合物、和有机羧酸在4(T55°C反应0.5~2h，然后去除溶剂；在8±0.5h，内从100±5°〇升温至600±51:将固体烧结，然后用氢气还原得到所述金属M-氧化物催化剂，M(NO3)x选自Ni (N03)2、Co (NO3)2、或 Fe (NO3)3 ;载体金属化合物选自 Mg (NO3) 2、Al (NO3) 3、Si02、A1203。在本专利技术另一种优选实施例中，所述催化剂制备方法为:在反应溶剂中，Μ(Ν03)χ、M2(NO3)y载体金属化合物、和有机羧酸在4(T55°C反应0.5~2h，然后去除溶剂；在8±0.5h，内从100±5°C升温至600±5°C将固体烧结，然后用氢气还原得到所述金属M-M2氧化物催化剂，M2(NO3)y为第二金属硝酸盐。其中，所述反应溶剂优选为甲醇、乙醇、水、丙醇、二氯甲烷、或其中任意溶剂的混合物。本专利技术的第二个目的是提供一种用于上述生产纳米碳和氢气方法的催化剂，所述催化剂包括活性金属、载体，所述载体选自氧化硅、氧化镁、氧化铝；所述活性金属选自镍、铁、钻。所述催化剂中，活性金属重量百分含量优选为30~80%，更优选为30%~70%，如40%、45%、50%、60%、65%。所述催化剂制备方法优选`如下:在反应溶剂中，M(NO3)x、载体金属化合物、和有机羧酸在4(T55°C反应0.5~2h，然后去除溶剂；在8±0.5h，内从100±5°〇升温至600±51:将固体烧结，然后用氢气还原得到所述金属M-氧化物催化剂，M(NO3)x选自Ni (N03)2、Co (NO3)2、或 Fe (NO3)3 ;载体金属化合物选自 Mg (NO3) 2、Al (NO3) 3、Si02、A1203。在本专利技术所述催化剂的一种优选实施例中，还包括第二金属，第二金属选自门捷列夫元素周期表第VIII或IB族金属，诸如铜、金、银、钌、铑、钯、锇、铱、钼。本专利技术所述催化剂中，所述第二活性金属与上述的活性金属重量比优选为1:3~10，更优选为1:5~8，如1:6、1:7。所述催化剂制备方法优选如下:在反应溶剂中，M(N03)x、M2(NO3)y载体金属化合物、和有机羧酸在4(T55°C反应0.5~2h，然后去除溶剂；在8±0.5h，内从100±5°C升温至600±5°C将固体烧结，然后用氢气还原得到所述金属M-M2氧化物催化剂，M2(NO3)y为第二金属硝酸盐。其中，所述有机羧酸优选为柠檬酸。本专利技术第三个方面是提供一种所述催化剂的制备方法，在反应溶剂中，M(NO3)x、载体金属化合物、和有机羧酸在4(T55°C反应0.5~2h，然后去除溶剂；在8±0.5h，内从100±5°C升温至600±5°C将固体烧结，然后用氢气还原得到所述金属M-氧化物催化剂，M (NO3) x 选自 Ni (NO3) 2、Co (NO3) 2、或 Fe (NO3) 3 ;载体金属化合物选自 Mg (NO3) 2、Al (NO3) 3、Si02、Al2O3U本专利技术第四个方面是提供另一种催化剂的制备方法，在反应溶剂中，M(NO3)x,M2(NO3)y载体金属化合物、和有机羧酸在4(T55°C反应0.5~2h，然后去除溶剂；在8±0.5h，内从100±5°C升温至600±5°C将固体烧结，然后用氢气还原得到所述金属M-M2氧化物催化剂，M2(NO3)y为第二金属硝酸盐。本专利技术提供的裂解烃制备纳米碳的催化剂以及方法，具有高选择性，无需将烃与其它杂质分离，直接使用沼气为原料即可进行生产，大大降低了裂解烃生产纳米碳和氢气的成本。【具体实施方式】实施例1 步骤1，催化剂的制备 Ni (NO3)2.6H20 15g加入甲醇5001^，搅拌溶解，再加入1%_3)2*6!120 20g、柠檬酸20g、去离子水200mL，50°C加热搅拌I小时,用旋转蒸发仪将甲醇及水大部分除去。将固体在空气中100°C开始烧结到600°C，共计8小时，再用氢气还原5小时得到金属镍氧化镁催化剂，其中，Ni重量含量50%。步骤2,裂解反应 I英寸内径的石英管中部放入石英纤维，上面制备的催化剂2g放在石英纤维上，氢气IOOsccm流本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生产纳米碳和氢气的方法，其特征在于，以烃为原料，在0~1MPa压力、500~850℃温度条件下，催化裂解烃得到纳米碳粗品和氢气，将纳米碳粗品在250~400℃煅烧0.8~1.5h，然后在浓盐酸中回流2~5h，收集固体，干燥，得到纯净的纳米碳。
【技术特征摘要】
1.一种生产纳米碳和氢气的方法，其特征在于，以烃为原料，在OlMPa压力、500-850C温度条件下，催化裂解烃得到纳米碳粗品和氢气，将纳米碳粗品在250-400°C煅烧0.8-1.5h，然后在浓盐酸中回流2飞h，收集固体，干燥，得到纯净的纳米碳。2.根据权利要求1所述的生产纳米碳和氢气的方法，其特征在于，所述原料为CrC5的烃中的任意一种或几种，或含有CfC5烃中任意一种的混合气体。3.根据权利要求2所述的生产纳米碳和氢气的方法，其特征在于，所述原料为甲烷、乙烷，丙烷，丁烷，乙烯，丙烯，丁二烯、戊烷、或含有上述任意烃的混合气体。4.根据权利要求1所述的生产纳米碳和氢气的方法，其特征在于，所述裂解烃所用催化剂的活性金属为铁、镍、钴中的任意一种或几种的混合物。5.根据权利要求4所述的生产纳米碳和氢气的方法，其特征在于，所述催化剂还包括载体，所述载体选自氧化镁、氧化铝、氧化硅的任意一种或几种的混合物。6.一种用于裂解烃制备纳米碳和氢气的催化剂，其特征在于，所述催化剂包括活性金属和载体，所述活性金属选自N1、Co、Fe中的任意一种或几种。7.根据权利要求6...
【专利技术属性】
技术研发人员：金伊男，
申请(专利权)人：上海永鸿实业集团化学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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