[发明专利]一种以铁的废弃物为催化剂催化甲烷裂解的方法

说明书

本发明公开了一种以铁的废弃物为催化剂催化甲烷裂解的方法，属于催化技术领域。该方法是以工业废料铁的废弃物细灰、粗灰、钢渣、火山泥粉和赤铁粉为催化剂催化甲烷裂解制备氢气和碳材料，本发明充分利用了铁的废弃物中具有催化及助催化功能的矿物组分，以甲烷为原料，在700~1200°C、常压条件下反应。该方法一方面充分利用了铁的废弃物中金属及其氧化物的催化活性，应用于催化甲烷裂解制氢反应中，降低了催化剂的成本，从而大大减少了催化甲烷制氢的成本；另一方面充分实现了铁的废弃物的资源化利用，为铁的废弃物的资源化综合利用开辟了新的方向。

技术领域

本发明涉及一种以铁的废弃物为催化剂催化甲烷裂解制氢和碳材料的方法。

背景技术

氢气，是最简单、最轻，在已知地球领域大量存在的成分，一直被认为是一个清洁能源。然而，氢气不是初始燃料，地球上没有氢气的自然能源。因而，氢气必须以低成本从大量存在的原始能源资源如碳、天然气、粗汽油、重油、生物质、废物料、太阳能、风能或核能中提取，且需要对环境无污染。全球数据表明48％(240亿立方米)的氢气从天然气中产生，30％(150亿立方米)从石油中产生，18％从碳中产生，然而只有4％通过水电解产生。近年来，多种氢气的生产方法如甲烷水蒸气的重整，甲烷裂解，甲烷的部分氧化，碳的气化，水的解离，生物质的气化和热化学过程被开发出来。其中，甲烷裂解产生不含CO_X的氢气和碳材料技术作为一种新型的生态友好型氢气生产技术被吸引。

在过去的几十年里，为了开发出简单高效的合成方法制备合适的催化剂，实现甲烷的裂解过程在一个温和的条件下进行，为此已经做出了很多努力。已有研究发现，金属催化剂对甲烷裂解反应的催化活性顺序如下：Ni,Ru,RhPt,Re,IrPd，其中，价格相对低廉、活性较高的Ni基催化剂仍存在高温(750℃)易失活的缺陷，在平衡转化率的限制下，无法进一步的提高其甲烷转化率。

因此，虽然上述提及的一些贵金属，过渡金属及其复合催化剂在甲烷裂解过程中有较好的活性，但由于这些催化剂价格昂贵、制备流程复杂、易失活的特点导致甲烷裂解制氢技术仍处于实验室研究阶段。因而，如何开发出一类价格低廉、高效的催化剂成为甲烷裂解制氢技术的一大挑战。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种以铁的废弃物为催化剂催化甲烷裂解制氢和碳材料的方法。一方面实现了铁废弃物的资源化利用，减少环境的污染；另一方面降低了甲烷裂解催化剂的成本，有利于甲烷裂解过程工业化的应用。本发明的技术方案如下：

(1)将铁的废弃物粉碎、研磨至10um～200um；

(2)取铁的废弃物1.0～3.0g，以石英棉为填充材料，装填气固相催化固定床反应器内；

(3)向气固相反应器内通入20～200mL/min甲烷气体，升温至700～1200℃，常压条件下反应，制得产物氢气和碳材料。

较佳的，铁的废弃物包括细灰，粗灰，钢渣，火山泥粉和赤铁粉。

较佳的，装填到长40cm，内径2.1cm的气固相催化固定床反应器内。

较佳的，步骤(3)中，升温速率为10℃/min。

较佳的，升温至800～1000℃，常压条件下反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明采用的铁的废弃物催化剂用于甲烷裂解制氢和碳材料反应中，避免了催化剂制备的复杂流程，降低了催化剂的成本，对提升甲烷裂解制氢的经济效益具有重要的应用价值。