[发明专利]甲醇水蒸气重整制氢体系催化剂的担载方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能提高甲醇水蒸气微型重整器性能的催化剂的担载方法。

背景技术

燃料电池是21世纪首选的无污染、能量转换效率高的发电技术，在航天、军事、通讯和交通等领域有着广泛的用途。燃料电池所用的燃料从使用性能上来说氢气是理想的选择，氢燃料电池用于电动汽车上基本可以实现“零排放”。但是氢气属于易燃易爆气体，在运输、储存等方面具有较大的安全隐患，因此可以利用能提供即时氢能源的微型重整器解决这一问题。微型甲醇重整器具有良好的传热和传质特性，并且其具有较大的内部多相系统反应面积。间接甲醇燃料电池是将甲醇经过重整器转化成氢气再供给燃料电池的发电装置，它集成了纯氢燃料电池在低温快启动、功率、能量转换率等方面的优越性。

微型甲醇重整器中催化剂的担载是一个重要部分，担载过程中如何保证催化剂活性组分分布均匀以及催化剂与反应物有较大的接触面积，对提高催化剂利用率、甲醇转换率和电池寿命具有十分重要的意义。另外，将甲醇气化后通入重整器中会有较大气压存在，容易将载体上附着的催化剂颗粒吹落造成气体出口的堵塞，所以催化剂的附着性也是催化剂担载过程中需要考虑的重要问题。

发明内容

本发明的目的提供一种甲醇水蒸气重整制氢体系催化剂的担载方法，将商业成品铜基甲醇重整催化剂担载到碳化硅泡沫陶瓷载体上。由于碳化硅泡沫陶瓷的多孔结构催化剂可以牢固的附着在其表面上，从而提高催化剂的附着力及附着量，这样就会提高甲醇的转化率，提高微型甲醇重整器的性能。本发明可以增加商业成品甲醇重整催化剂在载体上的附着量，有利于甲醇水蒸气制氢转化率的提高，另外还可以提高催化剂的附着性，避免气流较大时催化剂被吹落影响甲醇水蒸气微型重整器的性能。

所述目的是通过下面的方案实现的：

一种甲醇水蒸气重整制氢体系催化剂的担载方法，以碳化硅泡沫陶瓷为载体，将商业成品铜基甲醇重整催化剂球磨成粉，然后制成稳定的悬浊液，再用浸泡法将催化剂担载到泡沫陶瓷载体上。具体步骤如下：

一、纳米颗粒催化剂的制备过程：

将商业成品铜基甲醇重整催化剂放入研钵中，手动研磨成较小催化剂颗粒，然后将其放入玛瑙罐中加入适量的去离子水利用高能球磨机湿磨直至形成纳米颗粒催化剂，球磨机的转速为200-300r/min，球磨时间为12-24h。

二、悬浊液的制备过程：

将湿磨好的催化剂加入适量的去离子水，超声波振荡，然后加入少许稀硝酸，超声波振荡，接着磁力搅拌形成均匀稳定的悬浊液。其中催化剂的含量为5-10wt.%，稀硝酸的含量为0.5-1.0mol/l，每克催化剂对应的稀硝酸量为0.2-0.5ml。加入少许的稀硝酸是为了防止催化剂颗粒凝聚，保证悬浊液的稳定性。

三、催化剂在碳化硅泡沫陶瓷上的淀积过程：

首先将碳化硅泡沫陶瓷慢慢浸入配好的悬浊液中，稍后再缓慢匀速取出，然后将其放入60℃恒温箱中烘干30-40min，最后将其放入有机玻璃做成的重整室中，用高压气枪向重整室中鼓入大量气体以增大腔内气压，就可以将附着不牢固的催化剂从载体上吹掉。

四、重复步骤三，在碳化硅泡沫陶瓷上便能附着一定量的催化剂并且其附着性良好，其中催化剂的担载量为10-40mg.cm^-2。

本发明主要考究微型甲醇水蒸气重整催化剂的性能以及其在载体上的附着力，由于甲醇与催化剂的接触面积越大甲醇的转化率越高，所以增大催化剂的比表面积会提高其催化性能。相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、将商业成品甲醇重整催化剂球磨成纳米颗粒使其具有小尺寸效应，不仅提高了其比表面积，还可以配成悬浊液方便其在载体上的淀积，可以提高甲醇与催化剂的接触面积，从而提高催化剂的性能。。

2、碳化硅泡沫陶瓷具有密度小、气孔率高、比表面积大等优良特性，可以均匀有效地吸附一定量的催化剂，提高其与甲醇的接触面积从而提高了甲醇的转化率。

3、碳化硅具有良好的吸附性，可以保证在较大的气流下催化剂不掉落，保证氢气的有效排出，从而提高了甲醇水蒸气微型重整器的性能。

4、将淀积在碳化硅泡沫陶瓷上吸附性不好的催化剂颗粒用高压气枪吹掉，这样就能确保载体上的催化剂具有良好的吸附性。

附图说明

图1为甲醇水蒸气微型重整器的结构图；

图2为碳化硅泡沫陶瓷；

图3为均匀稳定的催化剂悬浊液。

具体实施方式