[发明专利]一种以炭材料为催化剂制备氢气和纤维碳的方法

说明书

本发明涉及一种以炭材料为催化剂制备氢气和纤维碳的方法，属于催化剂技术领域。一种以炭材料为催化剂制备氢气和纤维碳的方法，其特征在于：所述方法以含有甲烷和氢气的混合气为原料，以炭材料为催化剂，于600～1200℃、常压下反应，其中，氢气占混合气总流量的1％～90％。该方法有效地改善了炭材料催化甲烷裂解制氢的稳定性，并且得到纤维状积碳，对炭催化甲烷裂解制氢工业应用及提升炭材料和甲烷裂解生成积碳的经济效益等具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种以炭材料为催化剂制备氢气和纤维碳的方法，属于催化剂技术领域。

背景技术

随着燃料电池的发展和应用，制备不含CO₂或者CO的高纯氢气成为一大需求。催化甲烷裂解制取高氢气因其过程简单、产物只有氢气和固态碳两种而易于分离等优点，具有广阔的前景。

与金属催化剂相比，炭材料催化剂虽然所需反应温度较高，但具有原料来源广、价格低廉、抗硫等有害杂质及耐高温等诸多优势，因而在甲烷催化裂解制氢过程中受到广泛关注。炭材料催化剂具有较高的初始活性，但稳定性相对较差，而且裂解生成的碳通常为无定型碳，一定程度上制约其应用。

发明内容

基于上述理论和认识，本发明提供了一种既提高炭催化甲烷裂解制氢催化剂的稳定性、又富产纤维碳的新方法。

一种以炭材料为催化剂制备氢气和纤维碳的方法，所述方法以含有甲烷与氢气的混合气为原料，以炭材料为催化剂，于600～1200℃、常压下反应，

其中，氢气占混合气总流量的1％～90％。

上述技术方案是以含甲烷与氢气的混合气为原料，以炭材料为催化剂，于600～1200℃常压下反应，获得产物为氢气和纤维碳。

上述技术方案中，所述混合气为含有氢气和甲烷的混合气，其可为仅由氢气和甲烷组成的混合气，且优选所述混合气为由氢气和甲烷组成的混合气。所述混合气也可为由氢气、甲烷和氮气组成的混合气，其中氮气作为内标物，用于计算转化率。

上述技术方案中，优选所述氢气占混合气总流量的5％～50％；进一步地，优选为10％～40％；更进一步地，最优选为20％～30％。

上述技术方案中，优选所述混合气的空速为1～100L/(h·g_cat)；进一步优选为10～40L/(h·g_cat)。

上述技术方案中，优选所述反应的反应温度为800～1000℃。

上述技术方案中，优选所述炭材料催化剂的碳源为煤、直接液化残渣、半焦、椰壳、沥青、果壳、石油焦、木质素中的一种或者几种。

进一步地，优选所述炭材料催化剂按下述方法制得：将碳源取活化剂质量的1/5～1/1与活化剂机械混合，然后经750℃～950℃活化0.5h～4h后，依次进行酸洗、抽滤、洗涤、干燥后制得活性炭催化剂。

上述技术方案中，所述活化剂优选为KOH。

本发明所述以炭材料为催化剂制备氢气和纤维碳的方法所述方法可在现有技术中公开的适用于以固体为催化剂，气体为反应原料的任何反应器中进行，优选于固定床反应器中进行。

本发明的有益效果为：在固定床反应器上，通过对甲烷进料气中氢气含量的控制，在炭材料催化剂上进行甲烷催化裂解制氢，提高催化剂的稳定性，同时使甲烷裂解生成的碳为纤维状积碳。该方法有效地改善了炭材料催化甲烷裂解制氢的稳定性，并且得到纤维状积碳，对炭催化甲烷裂解制氢工业应用及提升炭材料和甲烷裂解生成积碳的经济效益等具有重要的应用价值。

附图说明

图1a为实施例1中活性炭催化剂SM-AC的扫描电镜照片；