[发明专利]一种梯度铂基膜电极催化不饱和有机物加氢的方法

说明书

本发明公开一种梯度铂基膜电极催化不饱和有机物加氢的方法，属于电催化技术领域。本发明所述梯度铂（Pt）基膜电极（G‑SPEME）为炭载梯度PtTi合金薄膜催化剂与固体聚合物电解质（Solid Polymer Electrolyte Membrane,SPE）膜的单面进行热压得到，G‑SPEME置于相邻的阴极室与阳极室之间并与二者紧密接触，G‑SPEME双面分别紧密附着阴阳电极以完成电荷交换，将电解制氢与不饱和有机物加氢分隔在阳极室与阴极室中，且在常压及≤80℃的工况下独立进行，通过反应电压分别调控制氢与加氢的反应选择性，以增强不饱和有机物加氢电流效率及目标产物产率。本发明所述方法工艺简单通用、易操作，反应安全高效，能耗低，环境污染小。

技术领域

本发明涉及一种梯度铂基膜电极催化不饱和有机物加氢的方法，属于电解制氢-有机物电催化储氢技术领域。

背景技术

在全球能源危机与环境压力的双重背景下，世界各国对高效能低污排放的运输工具用燃料的需求更加迫切。我国将于2019年开始执行的车用汽柴油国6标准（GB17930-2016）中，规定芳烃（含苯）及烯烃等不饱和有机物的体积分数最大值在国5标准的基础上再降低20%，这对不饱和有机物加氢处理技术及反应系统在安全生产、低污染排放、高反应产物率、低能耗成本、使用维护方便等方面提出了更高要求。

氢的廉价制取、安全储运、高效应用一直是氢能利用的关键环节，在本发明之前，制氢、储氢及加氢技术及装置已经有很多的研究和实施，但存在不同缺点：N. Itoh等人[Int. J. Cwtalysis Today, 2000, 56(1-3)]对“水电解-有机物电催化还原耦合”的研究表明，能获得较高的电极反应电流密度及反应选择性，但吸放氢工艺复杂，有机化合物的循环利用率低；ZL200510111758.3的氢气吸附过程难以控制，会引入氧气等杂质气体，且氢气泡受到轻微扰动即会破裂不利于运输；ZL200410033882.8中载气流速较快，反应不充分，加氢效率及目标产物含量均达不到实际生产要求；ZL201010001103.1及CN201310206899.8中耐压性能较低，设备投资及能耗较高，实际操作危险性较大；US4399058则存在活性金属组分在载体上梯度分布呈多台阶且难以控制的缺点；EP0204314的制备过程复杂，成本大幅提高。目前，关于调控不饱和有机物加氢催化膜电极的活性金属组分梯度变化的制备方法的报道较少。

总之，上述研究及技术实施，均不同程度存在经济性差、能耗高（300~350℃）、蒸发损失大、流程长、工作不安全（5~6MPa）、活性金属梯度化调控困难等缺点。因此，研究探索反应温和安全、无需额外氢源、短流程、高产率、低能耗、低污染的电解制氢-不饱和有机物电催化加氢技术，对于能源、化工等领域的技术提升显现出深远的意义。

发明内容

针对传统的有机物加储氢存在的缺陷，本发明提出一种梯度铂基膜电极催化不饱和有机物加氢的方法，利用G-SPEME将电解制氢与不饱和有机物加氢分隔在相邻的阳极室与阴极室中，且在60~80℃的常压工况下独立进行，通过反应电压分别调控制氢与加氢的反应选择性，以增强不饱和有机物加氢电流效率及目标产物产率。达到工艺简单通用、易操作，反应安全高效，能耗低，环境污染小的目的。

本发明通过以下技术方案实现：

采用热压工艺，将沉积在炭载体上的Pt含量呈梯度分布的炭载PtTi合金催化剂压制在固体聚合物电解质膜（SPE）的单面上，制成梯度铂基膜电极（G-SPEME），将G-SPEME置于相邻阳极室与阴极室之间，G-SPEME上附着有炭载PtTi合金催化剂的一面与阴极室相接并作为阴极室的工作电极，G-SPEME的另一面与阳极室的炭质电极接触，通过紧固夹具将阴极室、G-SPEME及阳极室压紧至紧密接触；G-SPEME将阳极室的电解制氢过程与阴极室的不饱和有机物加氢过程分隔并独立进行，分别控制阳极室与阴极室的反应电压，以调控电解制氢与不饱和有机物加氢过程的反应选择性。