[发明专利]用于硼氢化钠水解制氢催化剂及其载体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于便携式制氢技术领域，具体涉及一种多孔碳化硅陶瓷催化剂载体及催化剂的制备方法。

背景技术

氢气作为二十一世纪最为环保的，高效的能源受到广泛的关注，但是氢气的储存是解决氢能大规模应用的关键所在。现在，广泛研究的储氢方式主要有物理储氢和化学储氢两种。

物理储氢的方式主要有：高压气瓶储氢，低温液化储氢，活性炭吸附储氢，过渡金属氢化物储氢等。而对于化学储氢是通过氢化物分解产生氢气，包括碱金属氢化物储氢，硼氢化物储氢及有机液态氢化物储氢等。

化学储氢由于其高效安全，能够在常温常压下储氢一直备受关注，其中NaBH₄因其稳定性高、不易燃、无毒、储氢量高(10.67％)等特性成为首选材料。NaBH₄水解制氢技术基于以下的化学反应：

由于硼氢化钠水溶液在pH≤9的情况下会自动水解，因而需要加入强碱才可以使其稳定存在，在加入相应的催化剂后，就可以大大的加快水解速度，产生需要的氢气。

研究发现多种催化剂可用于催化水解硼氢化钠，例如贵金属有Pt基催化剂，Ru基催化剂，Pd基催化剂；非贵金属有Co基催化剂，Ni基催化剂等等。

目前的NaBH₄制氢催化剂虽然可以高效的催化产氢，但是大多数不能长时间承受硼氢化钠溶液的强碱环境。长时间的作用会使载体受到腐蚀，进而使催化剂的活性组分从载体上脱落，甚至导致载体最终粉化，大大缩短了催化剂的寿命。

迄今为止，这些催化剂所用的载体主要集中于Al₂O₃、SiO₂、碳粉及成型制品等，但是由于Al₂O₃、SiO₂不耐强碱易造成腐蚀，多次使用会出现负载金属的脱落，不能满足实际的应用。因此，寻找耐强碱的催化剂载体以及不断改进制备方法，使催化剂具有更长的使用寿命是目前研究的主要方向。

发明内容

针对现有的技术缺陷，本发明旨在发明一种强耐碱性，长寿命，高活性的硼氢化钠水解制氢催化剂及其载体。本发明的多孔碳化硅陶瓷载体是以工业纳米SiC粉体为原材料，通过添加粘结剂、造孔剂，挤出成型，高温焙烧制得。以浸渍-还原法负载金属Ru，制备出负载均匀的Ru/SiC催化剂。碳化硅具有良好的导热性、耐强碱性、抗热震性等优点，成为化学反应中催化剂载体的理想候选材料。

发明是通过以下技术方案实现的:

本发明首先提供一种用于硼氢化钠水解制氢的催化剂的载体的制备方法，包括如下步骤：1).纳米碳化硅粉体中添加造孔剂、粘结剂，然后挤出成型为颗粒状；2).将挤出的颗粒状碳化硅在惰性气氛中1350-1600℃焙烧，再在马弗炉中600—800℃处理除去造孔剂；及3).将步骤2)处理得到颗粒状多孔碳化硅用以下三种表面处理方法中的一种处理：空气中煅烧，硝酸中加热回流，或水热处理，得到硼氢化钠制氢催化剂的碳化硅载体。

优选的载体制备方法中：步骤1)中所述碳化硅粉体为粒径40nm、500nm两种碳化硅混合得到，且造孔剂为淀粉、聚乙烯醇、或环糊精，粘结剂为聚乙二醇，挤出颗粒状碳化硅的比表面积为15～30m²/g，孔径为40～60nm；步骤2)中焙烧在Ar气氛中于1350-1500℃下进行；及步骤3)中所述三种表面处理方法为：600～900℃煅烧，在硝酸中回流处理温度50～90℃，水热处理温度90～150℃。

优选的载体制备方法中，步骤1)中所述颗粒状碳化硅为圆柱状，直径2mm，长度3nm，比表面积15～30m²/g，孔径为40～60nm。

优选的载体制备方法中，步骤2)中的焙烧进行3～6h，步骤3)中所述三种表面处理方法为：800-900℃煅烧1～3h；浓硝酸中加热回流10-30h；在90-120℃水热10-30h。

本发明进一步提高一种用于硼氢化钠水解制氢的催化剂的制备方法，包括如下步骤4).提供钌盐的酸性溶液；5).将权利要求1所得所述碳化硅载体浸渍于所述钌盐酸性溶液；6).将浸渍后载体于300～400℃焙烧；7).任选地，重复5)和6)步骤，使载体中钌负载量达到需要水平；及8).将负载钌进行还原处理得到Ru/SiC催化剂。