CN103406156A - 一种高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法，将金属化合物和明胶按质量比为0.5～1:1～2取样，再按固液比为1.5～3:100～150溶于水中，再在搅拌条件下按金属化合物和铝粉的质量比为0.5～1:1～2加入铝粉，直至完全分散在溶液中，然后将溶液升温到40℃后以每分钟5～8mL的速度滴入浓度为0.2～0.25mol/L的NH4F溶液，反应15min后过滤，用水洗涤沉淀物三次，在100℃下的恒温干燥后，将得到的粉末在1000℃下焙烧20～30min，即得到高温相变蓄热型复合催化剂载体。本发明提高了催化剂抗烧结的能力，另一也有利于稳定催化剂的反应活性。结合了催化与蓄热两种功能，所得材料可在相变点附近吸、放热，高密度的储存热量，保证了催化反应过程稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有蓄热功能的催化剂载体，尤其是涉及一种高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法，属于应用催化技术领域。
背景技术
在众多有催化剂参与的化学反应中，由于反应放热或者加热不均造成的局部过热（热点）引起催化剂严重烧结是导致催化剂失活的一个重要原因。虽然改善催化剂载体的物理性质（如比表面积、孔隙构造和堆密度等）能一定程度上减轻这一危害，但并不能从根本上解决问题。蓄热技术是调和热能供给与需求在时间和空间上不相匹配矛盾的常用手段。特别是相变蓄热技术以其蓄热密度大、相变时温度稳定、体积小、设计灵活等优点已在太阳能储存和电子器件热管理等诸多领域得到了广泛的应用。
金属作为潜热蓄热介质具有很多优点。它的相变潜热大，而导热系数是其他相变储能材料的几十倍或几百倍，因此能实现快速的蓄热、放热、且相应的蓄热设备的体积也小。可用作相变蓄热材料的金属有：Al、Cu、Mg、Si、Zn等，它们的相变温度一般介于600～1900K之间，导热系数高，相变潜热大。铝因其融化热大、导热性高、蒸汽压力低，是一种很好的储能材料。但金属相变材料在相变过程中有液相产生，具有一定的流动性，因此必须有容器盛装。容器材料对金属相变材料来说必须是惰性的，且容器必须密封，以防止泄漏影响环境。这一缺点很大程度上束缚了金属在实际中的应用。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法，通过下列技术方案实现。
一种高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法，经过下列各步骤：
将金属化合物和明胶按质量比为0.5～1:1～2取样，再按固液比（g/mL）为1.5～3:100～150溶于水中，再在搅拌条件下按金属化合物和铝粉的质量比为0.5～1:1～2加入铝粉，直至完全分散在溶液中，然后将溶液升温到40℃后以每分钟5～8mL的速度滴入浓度为0.2～0.25mol/L的NH4F溶液，反应15min后过滤，用水洗涤沉淀物三次，在100℃下的恒温干燥后，将得到的粉末在1000℃下焙烧20～30min，即得到高温相变蓄热型复合催化剂载体。
所述金属化合物是NiCl2·6H2O、FeCl3·6H2O或者CuSO4·5H2O。
所述搅拌条件是在速度为300～500转/min下搅拌。
所述铝粉的粒度为300目。
所述NH4F溶液是按金属化合物和NH4F溶液的固液比（g/mL）为0.5～1:50的量加入。
本发明是将铝粉置于镍离子或是铁离子或铜离子的溶液中，由置换反应使得铝粉的表面生成一层纳米级的镍或铁或铜，在干燥的过程中表面的金属会被氧化成氧化镍或是氧化铁或是氧化铜，在1000℃焙烧时发生铝热反应，壳层的金属氧化物和铝发生反应将接触到的铝氧化成氧化铝，这样就形成了具有三层结构的复合材料，最内层为铝，中间层为热稳定性很高的θ-Al2O3，最外层为金属氧化物。此复合蓄热材料具有蓄热密度大、吸放热迅速且能适应各类催化反应的特点，从而解决了催化反应过程中的热点问题。采用扫描电镜、X射线衍射仪、差示扫描量热分析仪、能谱分析仪等对复合蓄热材料进行分析。结果表明所制备的复合材料中金属铝被严密的包裹在氧化铝内部。在蓄热放热的同时不会对外部催化反应造成影响。
与现有技术相比本发明具有的优点：
1、金属等高温相变蓄热材料虽然具有较好的蓄热能力，但由于其腐蚀性和流动性所以限制了它的使用，本发明提供的方法将蓄热材料铝严密的包裹在内部解决了上述问题。
2、由于相变材料可快速吸收放热反应产生的热量并保持温度稳定，完全避免了热点的产生。因为避免了热点，从而提高了催化剂抗烧结的能力，另一也有利于稳定催化剂的反应活性。
3、结合了催化与蓄热两种功能，材料可在相变点附近吸、放热，高密度的储存热量，保证了催化反应可在接近与恒温的条件下进行，增加了反应过程稳定性。
4、可根据具体的催化反应，选择置换反应中的合适的金属类型，这样有利于催化反应的进行。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
将NiCl2·6H2O和明胶按质量比为0.5:1取样，再按固液比（g/mL）为1.5:100溶于水中，再在速度为300转/min的搅拌条件下按NiCl2·6H2O和铝粉的质量比为0.5:1加入粒度为300目的铝粉，直至完全分散在溶液中，然后将溶液升温到40℃后以每分钟5mL的速度滴入浓度为0.2mol/L的NH4F溶液，反应15min后过滤，其中NH4F溶液的量是按NiCl2·6H2O和NH4F溶液的固液比（g/mL）为0.5:50的量加入，用水洗涤沉淀物三次，在100℃下的恒温干燥后，将得到的粉末在1000℃下焙烧20min，即得到高温相变蓄热型复合催化剂载体。
将所制备的复合材料混入铁基或镍基氧载体中用于化学链燃烧，实验表明所制得的材料具有良好的蓄热功能，多次循环反应的情况下氧载体的抗烧结能力明显增强。
实施例2
将FeCl3·6H2O和明胶按质量比为1:2取样，再按固液比（g/mL）为3:150溶于水中，再在速度为400转/min的搅拌条件下按FeCl3·6H2O和铝粉的质量比为1:2加入粒度为300目的铝粉，直至完全分散在溶液中，然后将溶液升温到40℃后以每分钟6mL的速度滴入浓度为0.25mol/L的NH4F溶液，反应15min后过滤，其中NH4F溶液的量是按FeCl3·6H2O和NH4F溶液的固液比（g/mL）为1:50的量加入，用水洗涤沉淀物三次，在100℃下的恒温干燥后，将得到的粉末在1000℃下焙烧30min，即得到高温相变蓄热型复合催化剂载体。
将所得的具有蓄热功能的复合材料混入铁基或是镍基氧载体中用于化学链燃烧，实验表明所制得的材料同样具有良好的蓄热功能，多次循环反应的情况下氧载体的抗烧结能力也明显增强。
实施例3
将CuSO4·5H2O和明胶按质量比为0.8:1.5取样，再按固液比（g/mL）为2.3:120溶于水中，再在速度为500转/min的搅拌条件下按CuSO4·5H2O和铝粉的质量比为0.8:1.5加入粒度为300目的铝粉，直至完全分散在溶液中，然后将溶液升温到40℃后以每分钟8mL的速度滴入浓度为0.23mol/L的NH4F溶液，反应15min后过滤，其中NH4F溶液的量是按CuSO4·5H2O和NH4F溶液的固液比（g/mL）为0.8:50的量加入，用水洗涤沉淀物三次，在100℃下的恒温干燥后，将得到的粉末在1000℃下焙烧25min，即得到高温相变蓄热型复合催化剂载体。
将所得的具有蓄热功能的复合材料混入铁基或是镍基氧载体中用于化学链燃烧，实验表明所制得的材料同样具有良好的蓄热功能，多次循环反应的情况下氧载体的抗烧结能力也明显增强。
Claims (5)
1.一种高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法，其特征在于经过下列各步骤：
将金属化合物和明胶按质量比为0.5～1:1～2取样，再按固液比为1.5～3:100～150溶于水中，再在搅拌条件下按金属化合物和铝粉的质量比为0.5～1:1～2加入铝粉，直至完全分散在溶液中，然后将溶液升温到40℃后以每分钟5～8mL的速度滴入浓度为0.2～0.25mol/L的NH4F溶液，反应15min后过滤，用水洗涤沉淀物三次，在100℃下的恒温干燥后，将得到的粉末在1000℃下焙烧20～30min，即得到高温相变蓄热型复合催化剂载体。
2.根据权利要求1所述的高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法，其特征在于：所述金属化合物是NiCl2·6H2O、FeCl3·6H2O或者CuSO4·5H2O。
3.根据权利要求1所述的高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法，其特征在于：所述搅拌条件是在速度为300～500转/min下搅拌。
4.根据权利要求1所述的高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法，其特征在于：所述铝粉的粒度为300目。
5.根据权利要求1所述的高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法，其特征在于：所述NH4F溶液是按金属化合物和NH4F溶液的固液比为0.5～1:50的量加入。
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