一种制氢催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种催化剂，尤其涉及一种用于用铝与水蒸汽反应制氢的制氢催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着能源消耗的增加和能源供应的危机日益加重，能源供应已经成为世界各国特别关注的问题，而与能源供应危机相伴而行的是全球环境的日趋恶化，燃烧传统矿物燃料会释放大量有害物质至大气环境中。氢能作为可持续供应的、清洁的燃料，它很可能是人类解决面临能源短缺和环境污染问题有效路径之一，而今制约氢能广泛推广的因素就是其制备成本较传统能源高，成本过高的制氢方法不适应未来的氢经济体系，因为氢经济立足于氢的可再生性，因此生产氢的原料必须是水或者其他可再生物质。
[0003]根据金属活动性表，能与水迅速反应生成氢气又容易操作安全可靠的金属，在这里镁和铝比较合适，其中，铝是地壳中最富有的金属元素，来源广泛，价格低廉，密度低。
[0004]铝与水蒸汽反应生氢的化学现象，启发人类通过研发铝与水蒸汽反制氢技术，虽然从理论上讲铝是能够从水蒸汽中置换出氢气的，但实际上在铝表面致密氧化层的保护下铝是不可能从水蒸汽中置换出氢气的，即使把表面氧化膜擦掉，但铝又很快生成新的氧化保护膜。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于:提供一种能破坏铝表面的氧化膜的制氢催化剂及其制备方法，该制氢催化剂有效去除铝表面的氧化膜，可使铝不断与水蒸汽加速反应，以不断生成氢气。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是:
[0007]一种制氢催化剂，其包括由以下重量份的原料配比配制而成:
[0008]金属铝粉70?80 ;金属镍粉3?5 ;金属钙粉3?5 ;金属锌粉3?5 ;氯化铋2?4 ;氯化钠2?4 ;氯化钾2?4 ;聚乙稀醇30?40 ;甲苯10?15 ;乙酸乙醋4?8 ;脂肪醇聚氧乙烯醚0.5?1.5 ;水40?70。
[0009]其优选的重量份的原料配比为:
[0010]金属铝粉70 ;金属镍粉4 ;金属钙粉4 ;金属锌粉4 ;氯化铋3 ;氯化钠3 ;氯化钾3 ；聚乙烯醇38 ;甲苯10 ;乙酸乙酯5 ;脂肪醇聚氧乙烯醚I冰70。
[0011]制备上述制氢催化剂的方法，其包括如下步骤:
[0012](a)将脂肪醇聚氧乙烯醚溶于水，并加热至80°C，加热过程中一边缓慢滴入甲苯和乙酸乙酯，一边搅拌，自然冷却降温至60°C，加入乙酸乙酯，并恒温5h，配成催化溶液；
[0013](b)将金属铝粉与氯化铋、氯化钠和氯化钾混合搅拌后，在120°C下与金属镍粉混合，并在高压氢气气氛下放置lh，配成催化基料；
[0014](c)将所述催化基料与金属钙粉和金属锌粉混合，在氩气保护下，球磨3?6h，配成催化主料；
[0015](d)将所述催化主料投入所述催化溶液中，加热至120?180°C并恒温4h，在加热过程中匀速搅拌，搅拌下，超声分散lh，再用离子水洗涤后真空干燥，干燥温度100°C，干燥2?5h，拿出后放入压片模具用3吨压力压制成块状，再放置在氩气中，恒温60-100°C 2?6h，制得所述制氢催化剂。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下优点:原材料均为非稀缺性材料，市场供应充足，成本低易采购，制造成本低廉；而且制备工艺环保无污染，反应后副产物为化学中性，可重复多次使用，并可再生还原成金属铝；将覆盖有该催化剂的铝与水蒸汽进行置换制氢时，启动时间短、反应速率快、转化率高，具有广阔的应用前景。
【具体实施方式】
[0017]下面结实施例对本发明进一步说明。
[0018]本发明的一种制氢催化剂，其原料主要包括金属铝粉、金属镍粉、金属钙粉、金属锌粉、氯化铋、氯化钠、氯化钾、聚乙烯醇、甲苯、乙酸乙醋、脂肪醇聚氧乙烯醚和水。
[0019]上述原料的重量份配比如下:
[0020]金属铝粉70?80 ;金属镍粉3?5 ;金属钙粉3?5 ;金属锌粉3?5 ;氯化铋2?4 ;氯化钠2?4 ;氯化钾2?4 ;聚乙稀醇30?40 ;甲苯10?15 ;乙酸乙醋4?8 ;脂肪醇聚氧乙烯醚0.5?1.5 ;水40?70。
[0021]优选的重量份的原料配比为:
[0022]金属铝粉70 ;金属镍粉4 ;金属钙粉4 ;金属锌粉4 ;氯化铋3 ;氯化钠3 ;氯化钾3 ；聚乙烯醇38 ;甲苯10 ;乙酸乙酯5 ;脂肪醇聚氧乙烯醚I冰70。
[0023]所述制氢催化剂的制备由以下步骤方法实现(下述原料的重量分按上述配比配置):
[0024]首选，配制催化溶液。将脂肪醇聚氧乙烯醚溶于水，并加热至80°C，在加热过程中一边缓慢滴入甲苯和乙酸乙酯，一边搅拌，均匀混合后，将溶液放置室内，自然冷却降温至600C时，加入乙酸乙酯，此时保持恒温60°C，保持5h，即可配成所述催化溶液。
[0025]然后，配制催化基料。将金属铝粉与氯化铋、氯化钠和氯化钾混合搅拌后，在120°C下再与金属镍粉混合，将上述混合物在高压氢气气氛下放置lh，从而配得催化基料。
[0026]紧接着，配制催化主料。将催化基料与金属钙粉和金属锌粉混合，在氩气保护下，球磨3?6h，即配得催化主料。
[0027]最后，将配制好的催化主料投入所述催化溶液中，同时加热至120?180°C，保持温度，恒温4h，在加热过程中匀速搅拌，搅拌下，在常压下，用超声分散lh，超声功率为20W，频率5000HZ ;完成后，再用离子水洗涤，采用真空干燥，干燥温度为100°C，干燥2?5h后，拿出，放入压片模具用3吨压力压制成块状，最后将其放置在氩气中，恒温60-100°C 2?6h，最终制得所述制氢催化剂。
[0028]特别要说明的是，由于氯化铋具有脆性和锋利的边缘，在球磨过程中它能将铝切割的更小，这将大大提高铝的水解速率，同时在这个过程中会发生铝与氯化铋的置换反应，单质铝置换出单质铋，这样铝和铋之间会形成微电池，加快铝的水解。
[0029]使用时，将该块状的制氢催化剂放入反应容器中，通过阀门控制对反应容器引入0.4-0.5PaM压力120-150°C左右的泡和水蒸汽，使反应容器中形成高温高压的铝水蒸汽反应条件，在此条件下大部分泡和水蒸汽将会裂解出氢，该种经所述制氢催化剂催化后的水蒸汽放出后进入燃烧机，再加入甲醇(助燃)就可以进入燃烧机燃烧，火焰中心温度可达1200-1300°C。
[0030]本发明的制氢催化剂，创新性地建立起一种可直接应用于工业锅(窑)炉、城市供温、火力发电等工业加热生产环节，最终实现水氢能源的商业化应用，为我国解决面临传统石化能源短缺和环境污染问题作出贡献，使清洁能源的推广实现经济效益与社会效益双赢并可持续发展。
[0031]本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种制氢催化剂，其特征在于包括由以下重量份的原料配比配制而成: 金属铝粉70?80 ;金属镍粉3?5 ;金属钙粉3?5 ;金属锌粉3?5 ;氯化铋2?4 ;氯化钠2?4 ;氯化钾2?4 ;聚乙稀醇30?40 ;甲苯10?15 ;乙酸乙醋4?8 ;脂肪醇聚氧乙烯醚0.5?1.5 ;水40?70。
2.如权利要求1所述的一种制氢催化剂，其特征在于包括由以下重量份的原料配比配制而成: 金属铝粉70 ;金属镍粉4 ;金属钙粉4 ;金属锌粉4 ;氯化铋3 ;氯化钠3 ;氯化钾3 ;聚乙烯醇38 ;甲苯10 ;乙酸乙酯5 ;脂肪醇聚氧乙烯醚I冰70。
3.权利要求1所述的一种制氢催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (a)将脂肪醇聚氧乙烯醚溶于水，并加热至80°C，加热过程中一边缓慢滴入甲苯和乙酸乙酯，一边搅拌，自然冷却降温至60°C，加入乙酸乙酯，并恒温5h，配成催化溶液； (b)将金属铝粉与氯化铋、氯化钠和氯化钾混合搅拌后，在120°C下与金属镍粉混合，并在高压氢气气氛下放置lh，配成催化基料； (c)将所述催化基料与金属钙粉和金属锌粉混合，在氩气保护下，球磨3?6h，配成催化主料； (d)将所述催化主料投入所述催化溶液中，加热至120?180°C并恒温4h，在加热过程中匀速搅拌，搅拌下，超声分散lh，再用离子水洗涤后真空干燥，干燥温度100°C，干燥2?5h，拿出后放入压片模具用3吨压力压制成块状，再放置在氩气中，恒温60-100°C 2?6h，制得所述制氢催化剂。
【专利摘要】本发明公开了一种制氢催化剂及其制备方法，该制氢催化剂成分包括金属铝粉、金属镍粉、金属钙粉、金属锌粉、氯化铋、氯化钠、氯化钾、聚乙烯醇、甲苯、乙酸乙酯、脂肪醇聚氧乙烯醚和水。制备时，将聚乙烯醇、甲苯、乙酸乙酯、脂肪醇聚氧乙烯醚和水制成催化溶液，再将由金属铝粉、金属镍粉、金属钙粉、金属锌粉、氯化铋、氯化钠、氯化钾混合而成的催化主料投入该催化溶液，混合、干燥、压片后制成该制氢催化剂。该制氢催化剂制造成本低廉，其制备工艺环保无污染；该催化剂与水蒸汽进行置换制氢时，启动时间短、反应速率快、转化率高，具有广阔的应用前景。
【IPC分类】B01J31-28, C01B3-10
【公开号】CN104549521
【申请号】CN201510018747
【发明人】彭军
【申请人】彭军
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月14日