[发明专利]一种微波催化甲烷制氢的方法及催化剂

说明书

本发明首先提供一种微波催化甲烷制氢的方法，所述方法包括使用Ni/Mo₂C/SBA‑15催化剂在微波条件下催化甲烷直接转化制氢气，所述催化剂包括Mo₂C和SBA‑15复合载体和负载在复合载体上的活性组分镍。本发明还相应提供一种用于催化甲烷制氢的催化剂。该催化剂用于微波催化甲烷无氧制氢时表现出优越的催化活性，其转化率和选择性较高，在650℃时CH₄转化率最高可达82.46％，H₂的选择性最高可达87.02％。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种微波催化甲烷制氢的方法及催化剂。

背景技术

全球经济的快速发展导致对人类对石油的需求迅猛增长,对石油的过度开采使世界石油资源日趋枯竭。经科学家们探究，煤层气、页岩层、可燃冰中含有非常丰富的天然气原料，且其蕴藏的储量远远大于石油储量。近几年随着氢燃料电池和氢能燃料发动机的出现及商业化，氢能的开发及研究再次引起人们的广泛关注。氢能作为高效、洁净的二次能源，其含有较高的燃烧热，且燃烧产物对环境无任何污染，具有广阔的发展前景。

目前工业上用于制氢的工艺主要有甲烷水蒸气重整法、自热重整法、重油部分氧化法、煤气化制氢法和电解水法等。虽然Ru、Rh等贵金属被报道为甲烷反应中非常活跃的催化材料，但Ni、Co基催化剂因其催化活性高、可用性好、成本低而备受研究者的关注。与其他催化剂相比，Ni基催化剂具有较高的催化活性和较低的抗焦性，是研究最多的催化剂类型。如：专利CN105964261A通过使用碱性络合剂使Ni络合物与硅基材料的表面硅羟基在水热条件形成稳定的镍-页酸盐层，避免金属Ni颗粒的团聚，从而获得尺寸更小，分布更好的催化剂。CN106000444A公开了一种固相研磨法制备金属镍-介孔分子筛催化剂。其通过镍前驱体盐与介孔分子筛于研钵中研磨，在搅拌条件下，镍前驱体盐分散在未脱模板的介孔材料载体表面，经过焙烧还原可得到良好抗积碳和抗烧结性能的镍基催化剂。CN1939587A公开了一种以Ni为催化剂主要活性组分，将其组装在介孔分子筛SBA-15孔中，然后负载到FeCrAl合金薄片上，制备金属载体整体式催化剂的方法。该发明的催化剂用于甲烷二氧化碳重整制合成气这一个强吸热反应具有导热性能优良、床层压降低、活性组分Ni高度分散且不易烧结、催化剂的稳定性好等优点。

但本领域仍然需要更加优异的催化甲烷制氢的方法及催化剂。

发明内容

因此，本发明首先提供一种微波催化甲烷制氢的方法，所述方法包括使用Ni/Mo₂C/SBA-15催化剂在微波条件下催化甲烷直接转化制氢气，所述催化剂包括Mo₂C和SBA-15复合载体和负载在复合载体上的活性组分镍。

在一种具体的实施方式中，所述方法在微波催化条件下床层温度为400～800℃的条件下反应，优选反应温度为600～700℃。

在一种具体的实施方式中，所述Ni/Mo₂C/SBA-15催化剂中Ni的含量为1～10wt％，优选3～8wt％；且所述催化剂中，Mo₂C占复合载体Mo₂C/SBA-15总重量的5～20wt％，优选7～15wt％。

在一种具体的实施方式中，所述Ni/Mo₂C/SBA-15催化剂中Mo₂C呈薄膜层状并以单层或多层形式平铺于SBA-15载体上，而活性组分Ni则锚定于Mo₂C薄膜层上。

在一种具体的实施方式中，所述催化剂的制备方法包括如下步骤：先采用浸渍法将Mo₂C负载在SBA-15上，得到所述复合载体Mo₂C/SBA-15，再采用尿素沉淀法将活性组分Ni负载到Mo₂C/SBA-15上，即可制备出所述Ni/Mo₂C/SBA-15催化剂。