[发明专利]氮化铝陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮化铝陶瓷及其制备方法和应用，该氮化铝陶瓷包括多孔氮化铝基体；多孔氮化铝基体的孔壁表面负载有铁氧体；铁氧体表面负载有纳米镍颗粒。本发明还提供了一种氮化铝陶瓷的制备方法，包括采用无压烧结法烧结氮化铝陶瓷，采用水热法在氮化铝基体上沉积铁氧体和采用还原法在铁氧体表面负载纳米镍颗粒的步骤。本发明还提供了包括氮化铝陶瓷的微反应器和该微反应器的应用。本发明的氮化铝陶瓷将热量快速传递至微反应器中，解决了由该氮化铝陶瓷制备的微反应器的预热时间过长，以及镍颗粒从基体表面脱落，快速的直接升温导致的纳米镍颗粒长大的技术问题。

技术领域

本发明涉及陶瓷，尤其涉及一种氮化铝陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球对温室气体二氧化碳排放控制的日益苛严，以及碳达峰和碳中和的“双碳”目标的制定，其中交通运输工具用燃油内燃机带来的碳排放是减碳的重点任务之一，因此，新能源汽车的推广得以迅速展开。

目前以锂电池为动力的新能源汽车在乘用车和公交车已获得日益广泛的应用，但锂电池难以满足商用车、工程车、船舶等重型装备的动力需求，氢能被认为是为上述装备提供绿色动力最有希望的解决方案，包括采用氢内燃机和氢燃料电池。

目前，氢燃料电池汽车主要采用高压氢气罐的供氢方式，存在爆燃风险大、续航里程有限和建设加氢站费用高的问题。液态储氢与车载在线制氢的供氢方案完全不需要高压氢气罐，采用汽车油箱即可装载甲醇等液态氢源，通过车载的微反应器将甲醇等在线转化为氢气供氢内燃机或氢燃料电池使用，因其具有高效、安全、环保的优点，是未来新能源汽车和氢能应用的重要发展方向。因此，开发出一种能将液态氢源直接快速转化成氢气的车载制氢系统，将大幅加速氢能汽车的推广应用步伐。

车载制氢系统是一种在线将有机液态燃料转化为氢气的系统。现有的系统中，一般采用金属或高导热陶瓷作为催化剂的载体来制备微反应器，并用该微反应器来进行重整制氢。以催化乙醇水蒸汽重整制氢(ethanol steam reforming，ESR)为例，在500-1000℃的温度下将乙醇和水蒸汽通入微反应器中，在所述纳米镍颗粒的催化下，乙醇和水蒸汽可发生反应生成氢气和二氧化碳，具体反应方程式如下：

但是上述反应因为需要在500-1000℃的温度下才可将乙醇和水蒸汽重整制备氢气，因此，现有的微反应器在进行重整制氢时，对微反应器的预热时间过长，通常需要1小时以上。因为如果对微反应器进行快速升温，可能因为基体与镍颗粒的热膨胀系统不匹配，而使镍颗粒从基体表面脱落；而且快速的直接升温也会导致纳米镍颗粒的长大。

因此，如何解决对微反应器的预热时间过长，以及如何提高镍颗粒的负载结合强度，防止镍颗粒的长大所导致的催化效率的下降，成为亟需解决的技术问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种氮化铝陶瓷及其制备方法和应用，该氮化铝陶瓷将热量快速传递至微反应器中，解决了由该氮化铝陶瓷制备的微反应器的预热时间过长，以及镍颗粒从基体表面脱落，快速的直接升温导致的纳米镍颗粒长大的技术问题。

技术方案：本发明氮化铝陶瓷包括多孔氮化铝基体；该多孔氮化铝基体的孔壁表面负载有铁氧体；该铁氧体表面负载有粒径为20-200nm的纳米镍颗粒；

该多孔氮化铝基体的显气孔率为35-70％；该多孔氮化铝基体具有微米级大孔；微米级大孔的孔径为50-200微米。

本发明氮化铝陶瓷的制备方法包括如下步骤：

(1)向氮化铝粉体中加入水和粘结剂，得到氮化铝泥料，然后采用挤出成型法对氮化铝泥料进行成型，得到氮化铝生坯，对生坯进行烧结，得到多孔氮化铝基体；

(2)将铁盐与锰盐溶于有机溶剂中，加入乙酸钠、表面活性剂和步骤(1)制备的多孔氮化铝基体，然后进行水热反应，得到负载有铁氧体的多孔氮化铝基体；