CN107335419A - 一种叠层结构多孔催化炭膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学工程学科中的反应与分离及节能与环保领域，特别是涉及到一种叠层结构多孔催化炭膜的制备方法。其特征在于通过原料预处理、催化剂层与炭膜前驱体层叠加复合、干燥和热解四个步骤，将催化剂层和炭膜层通过叠加方式复合成一个整体，制备得到兼具催化与分离双重功能的多孔催化炭膜。当反应物料从催化炭膜一侧流经其多孔通道到达另一侧的过程中，同时完成了物料高度分布分散强化传质及在催化炭膜内部完成化学反应过程的双重作用。本发明是制备过程简单、重复性好、机械强度高的催化炭膜的新型膜材料制备技术，有利于提高催化炭膜的反应的转化率、收率与选择性；该技术优化了产品生产工艺，降低了设备和产品成本。

Description

一种叠层结构多孔催化炭膜的制备方法
技术领域
本发明属于化学工程学科中的反应与分离及节能与环保领域，特别是涉及到一种具有叠层结构的多孔催化炭膜的制备方法。
背景技术
膜基反应分离过程，是将两个具有截然不同功能的过程（如反应和分离过程）结合在一起(邢卫红, 等. 中国科学:化学, 2014, (9): 1469-1481.；许培援,等. 过滤与分离, 2006, (2): 22-25.)。与传统单一的反应过程或分离过程相比，膜基反应分离过程更为紧凑、投资少，操作费用低，因而受到科学界和工业界越来越多的关注(C. Zhou, et al.Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 12678-12682.；熊国兴, 等. 中国发明专利CN1288777, 2001-03-28.；刘朝普, 等. 中国发明专利CN2273620, 1998-02-04.)。膜基反应分离过程（也称为膜反应器过程）在催化反应器的应用领域备受关注。在此反应器系统中，膜分离过程和催化反应相耦合到一个单元设备里，其中膜不仅具有分离功能，且常使得选择性和/或产品收率提高(陈龙祥,等. 现代化工, 2009,(4):87-90.；M. Patrascu, etal, Chem. Eng. J., 2015, 262, 862-874)。常涉及到的反应有脱氢反应、酯化反应、加氢反应、部分氧化或全氧化反应(佘笑梅, 等. 石油炼制与化工, 2015, (8): 66-70.；E.Yu. et al., Catalysis Today, 2014, 236, 64-69；钟依均, 等. 中国发明专利CN1990099, 2007-07-04.；钟依均, 等. 中国发明专利CN1966131, 2007-05-23.)。
由于无机膜具有耐高温性（>100℃）、优良的化学和机械稳定性，使其在膜反应器应用的领域，相对于有机膜显示出更多的优势。特别是多孔的玻璃膜、沸石膜、陶瓷膜和炭膜等，除了其他无机膜的优点外，还具有渗透性高和选择性好等优点，而备受青睐(张雄福,等. 高校化学工程学报, 2001, (2): 121-126.)。但由于常规市售的介孔膜（玻璃膜、陶瓷膜等）对小分子的选择性很差，另外由于成膜技术和质地脆问题难以得到大面积无缺陷的微孔结构沸石膜，所以这些多孔无机膜大都难以有效发挥对小分子的选择性分离作用(Y.Yan, et al., Chem. Eng. J., 2015, 259, 243-251)。因此，很多研究者把目光转移到具有良好成膜性且孔结构易于调控的炭膜(N. Itoh, et al., Catalysis Today, 2000, 56(1), 103-111；E. Kikuchi, Catalysis Today, 2000, 56(1), 97-101；G. Sznejer, etal., Chem. Eng. Sci., 2004, 59(10), 2013-2021)。
经过十几年的发展，虽然炭膜反应器的研究方面已取得许多显著成果，但仍处于实验室阶段，未实现工业应用。限制其发展的瓶颈问题是未能充分发挥炭膜综合优点。惰性炭膜反应器的开发应用无疑为其发展提供一条可行之路，但若要从根本上提高炭膜性价比与市场竞争力，必须进一步充分发挥其综合优点，应用到更高级过程和领域，特别是开发具有特定功能的催化炭膜(X. Zhang, et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2006, 45 (24),7997-8001；张兵,等. 中国发明专利CN101757859A, 2010-06-30.)。具有催化反应功能的催化炭膜在强化化学反应过程时，使反应物料更趋于均匀分布，起到了类似微型反应器的强化传质作用，从而可综合发挥其耐腐蚀性、分离性、多孔性等特点，有针对性地改善反应的转化率和选择性，从而大幅度提高炭膜性价比(A.A Lapkin, et al., Chem. Eng.Sci., 2002, 57(13), 2357-2369)。因此，研究开发催化炭膜的制备方法与工艺将会极大地推动炭膜的发展与工业化应用。前期，本发明人采用共混法制备得到了催化炭膜，并在一些脱氢和制氢反应领域取得良好效果(张兵, 等. 发明专利ZL201210181582.9, 2017-02-08)。然而，发现在使用时该共混法制备的催化炭膜对催化反应的效果显著地受到其内部混合的催化剂粒度、分散度，及炭膜孔隙率和平均孔径等多种因素影响；同时，当催化剂混入量较高时，会显著降低催化炭膜整体的机械强度。不仅使炭膜制备过程过于复杂苛刻，给未来大规模制备和应用过程都带来了很大的难度。为了克服这些问题，本发明人经过深入研究发现制备具有叠层结构的多孔催化炭膜，可通过保留相对独立的炭膜层和催化剂层，从而同时解决制备过程控制难度大和催化炭膜机械强度降低的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种叠层结构多孔催化炭膜的制备方法。具体而言，采用将催化剂层和炭膜前驱体层通过叠加方式复合成一个整体，再经热解过程制备得到兼具催化性、分离性、流体分布性、热稳定性及化学稳定性的多孔催化炭膜，不仅可用于同时完成强化化学反应过程和分离过程的任务，而且也解决了现有共混法催化炭膜所存在的制备过程控制难度大和催化炭膜机械强度降低的问题，为炭膜提高市场竞争力，促进早日工业化应用提供依据。
技术方案：
一种叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：本方法包括如下步骤组成；
（1）原料预处理步骤：
催化剂层的原料预处理：将粉末状催化剂研磨，或粉末状催化剂研磨后与粘结剂混合成泥膏状，或粉末状催化剂研磨后与水混合成泥膏状；
炭膜前驱体层的原料预处理：将粉末状含碳前驱体，或粉末状含碳前驱体与添加剂混合后，进行粉碎、研磨、搅拌中的一种或几种，而后与水混合形成泥膏状；
（2）催化剂层与炭膜前驱体层叠加复合步骤：将预处理后的催化剂层原料或预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料放入压片机的模具中，压制成型，制成平板状叠层结构的坯胎；
（3）干燥步骤：将步骤（2）所得平板状坯胎放置在避免强光直射，干燥温度为-25 ºC~35ºC，相对湿度为20%~100%的环境进行蒸发干燥，干燥时间为2-30天；
（4）热解步骤：将步骤（3）中干燥的坯胎进行热解，热解气氛为惰性气体或真空，温度为400～1000℃，升温速率为0.1℃～20℃/min，惰性气体流量为50～500mL/min，恒温时间为0.1-5小时；冷却后得催化炭膜。
所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所述炭膜前驱体层的原料为酚醛树脂、石油焦、煤粉、炭粉、石墨粉、生物质粉中的一种或两种；添加剂为甲基纤维素、氯化锌、氢氧化钠、六次甲基四胺中的一种或两种。
所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所述催化剂层的原料为镍、铂、银、氧化铜、氧化铝、氧化锌或氧化铬中的一种或多种；粘结剂为环氧树脂、聚氨酯、纤维素、缩醛树脂、三聚氰胺、聚酯中的一种。
所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所得到的坯胎为催化剂层与炭膜前驱体层交替叠加，总层数为2层～8层；压制成型方式为一次整体成型或多次分批成型，使单层或多层的催化剂层与炭膜前驱体层交替叠加复合为一体。
所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所制得平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为1～30mm，单个催化剂层或炭膜层厚度为0.2～20mm。
附图说明：
图1为具有5层叠层结构多孔催化炭膜的示意图。
图中标注：1、3、5为炭膜层；2、4为催化剂层。
优点及效果：采用上述方案，实现了制备兼具催化性、分离性、流体分布性、热稳定性、化学稳定性，特别是高机械性的叠层结构多孔催化炭膜，不仅可用于同时完成强化甲醇水蒸气重整制氢、环己烷脱氢、异丁烷脱氢、水煤气转换等可逆化学反应过程和分离纯化产物过程的任务，通过反应与分离过程的耦合显著降低了传统过程的能耗并提高了环保与安全程度；而且也解决了现有共混法催化炭膜所存在的制备过程控制难度大和催化炭膜机械强度降低的问题，为炭膜提高市场竞争力，促进早日工业化应用奠定重要基础。
具体实施方式：
本发明是一种具有叠层结构的多孔催化炭膜的制备方法，主要是采用将催化剂层和炭膜前驱体层通过叠加方式复合成一个整体，再经热解过程制备得到兼具催化性、分离性、流体分布性、热稳定性及化学稳定性的多孔催化炭膜，不仅可用于同时完成强化化学反应过程和分离过程的任务，而且也解决了现有共混法催化炭膜所存在的制备过程控制难度大和催化炭膜机械强度降低的问题，为炭膜提高市场竞争力，促进早日工业化应用提供依据。
本发明主要由以下技术方案实现：
一种叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：本方法包括如下步骤组成；
（1）原料预处理步骤：
催化剂层的原料预处理：将粉末状催化剂研磨，或粉末状催化剂研磨后与粘结剂混合成泥膏状，或粉末状催化剂研磨后与水混合成泥膏状；
炭膜前驱体层的原料预处理：将粉末状含碳前驱体，或粉末状含碳前驱体与添加剂混合后，进行粉碎、研磨、搅拌中的一种或几种，而后与水混合形成泥膏状；
（2）催化剂层与炭膜前驱体层叠加复合步骤：将预处理后的催化剂层原料或预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料放入压片机的模具中，压制成型，制成平板状叠层结构的坯胎；
（3）干燥步骤：将步骤（2）所得平板状坯胎放置在避免强光直射，干燥温度为-25 ºC~35ºC，相对湿度为20%~100%的环境进行蒸发干燥，干燥时间为2-30天；
（4）热解步骤：将步骤（3）中干燥的坯胎进行热解，热解气氛为惰性气体或真空，温度为400～1000℃，升温速率为0.1℃～20℃/min，惰性气体流量为50～500mL/min，恒温时间为0.1-5小时；冷却后得催化炭膜。
所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所述炭膜前驱体层的原料为酚醛树脂、石油焦、煤粉、炭粉、石墨粉、生物质粉中的一种或两种；添加剂为甲基纤维素、氯化锌、氢氧化钠、六次甲基四胺中的一种或两种。
所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所述催化剂层的原料为镍、铂、银、氧化铜、氧化铝、氧化锌或氧化铬中的一种或多种；粘结剂为环氧树脂、聚氨酯、纤维素、缩醛树脂、三聚氰胺、聚酯中的一种。
所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所得到的坯胎为催化剂层与炭膜前驱体层交替叠加，总层数为2层～8层；压制成型方式为一次整体成型或多次分批成型，使单层或多层的催化剂层与炭膜前驱体层交替叠加复合为一体。
所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所制得平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为1～30mm，单个催化剂层或炭膜层厚度为0.2～20mm。
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施例。
按照一次或多次压制成型，分别采用具体实施方式1或具体实施方式2制备叠层结构的多孔催化炭膜。
具体实施方式1：
首先，将粉末状催化剂研磨，或粉末状催化剂研磨后与粘结剂混合成泥膏状，或粉末状催化剂研磨后与水混合成泥膏状；另外，将粉末状含碳前驱体，或粉末状含碳前驱体与添加剂混合后，进行粉碎、研磨、搅拌中的一种或几种，之后与水混合形成泥膏状。其中，炭膜前驱体层原料为酚醛树脂、石油焦、煤粉、炭粉、石墨粉、生物质粉中的一种或两种，添加剂为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、氯化锌、氢氧化钠、六次甲基四胺中的一种或两种；催化剂层的原料为镍、铂、银、氧化铜、氧化铝、氧化锌或氧化铬中的一种或几种；粘结剂为环氧树脂、聚氨酯、纤维素、缩醛树脂、三聚氰胺、聚酯中的一种。接下来，将预处理后的催化剂层原料、预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料，分别交替放入压片机的模具中，经一次10MPa整体压制成型方式，制成平板状叠层结构的坯胎。其中，得到的坯胎为催化剂层与炭膜前驱体层交替叠加，总层数为2-8。接下来，将所得平板状坯胎放置在避免强烈阳光直射，在温度为-25 ºC~35 ºC，相对湿度为20%~100%，干燥时间为2-30天。而后，进行热解，热解气氛为惰性气体或真空，温度为400～1000℃，升温速率为0.1℃～20℃/min，惰性气体流量为50～500mL/min，恒温时间为0.1-5小时；冷却后便得催化炭膜。平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为1-30mm，单个催化剂层厚度为0.2-20mm，单个炭膜层厚度为0.2-20mm。最终，制得如图1所示的具有叠层结构多孔催化炭膜，其中最外层可以是炭膜层也可以是催化剂层。
具体实施方式2：
首先，将粉末状催化剂研磨，或粉末状催化剂研磨后与粘结剂混合成泥膏状，或粉末状催化剂研磨后与水混合成泥膏状；另外，将粉末状含碳前驱体，或粉末状含碳前驱体与添加剂混合后，进行粉碎、研磨、搅拌中的一种或几种，之后与水混合形成泥膏状。其中，炭膜前驱体层原料为酚醛树脂、石油焦、煤粉、炭粉、石墨粉、生物质粉中的一种或两种，添加剂为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、氯化锌、氢氧化钠、六次甲基四胺中的一种或两种；催化剂层的原料为镍、铂、银、氧化铜、氧化铝、氧化锌或氧化铬中的一种或几种；粘结剂为环氧树脂、聚氨酯、纤维素、缩醛树脂、三聚氰胺、聚酯中的一种。接下来，将预处理后的催化剂层原料、预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料，分别交替放入压片机的模具中，每次放入催化剂层原料或者炭膜前驱体原料后，都进行一次10MPa压制成型复合，从而依次罗列形成平板状叠层结构的坯胎。其中，得到的坯胎为催化剂层与炭膜前驱体层交替叠加，总层数为2-8。接下来，将所得平板状坯胎放置在避免强烈阳光直射，在温度为-25 ºC~35 ºC，相对湿度为20%~100%，干燥时间为2-30天。而后，进行热解，热解气氛为惰性气体或真空，温度为400～1000℃，升温速率为0.1℃～20℃/min，惰性气体流量为50～500mL/min，恒温时间为0.1-5小时；冷却后便得催化炭膜。平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为1-30mm，单个催化剂层或炭膜层厚度为0.2-20mm。最终，制得如图1所示的具有叠层结构多孔催化炭膜，其中最外层可以是炭膜层也可以是催化剂层。
实施例1
首先，将氧化铜/氧化铝/氧化锌构成的粉末状催化剂研磨至粒度为40-80目，与粘结剂聚氨酯粉和适量水混合均匀；另外，将粉末状含碳前驱体酚醛树脂粉和石油焦粉与添加剂六次甲基四胺混合后，进行研磨、搅拌，之后与水混合形成泥膏状。接下来，将预处理后的催化剂层原料、预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料，分别交替放入压片机的模具中，每放入一次原料后都经10MPa下进行压制成型一次，依次罗列形成平板状叠层结构的坯胎。顺序为炭膜层—催化剂层—炭膜层—催化剂层—炭膜层—催化剂层—炭膜层，共7层。接下来，将所得平板状坯胎放置在避免强烈阳光直射，在温度为20 ºC，相对湿度为20%，干燥时间为20天。而后，进行热解，热解气氛为氮气，温度为1000℃，升温速率为20℃/min，惰性气体流量为50mL/min，恒温时间为0.1小时；冷却后便得催化炭膜。平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为20mm，单个催化剂层厚度为2.7mm，单个炭膜层厚度为3mm。将该催化炭膜用于甲醇水蒸气重整反应，在反应温度260℃时的效果为甲醇转化率99.5%，氢气收率98.5%。
实施例2
首先，将氧化铜/氧化锌构成的粉末状催化剂研磨至粒度为40-80目；另外，将粉末状含碳前驱体酚醛树脂和石油焦混合后，进行研磨、搅拌，之后与适量水混合形成泥膏状。接下来，将预处理后的催化剂层原料、预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料，分别交替放入压片机的模具中，顺序为催化剂层—炭膜层—催化剂层—炭膜层—催化剂层，共5层；经10MPa一次性压制成型，制成平板状叠层结构的坯胎。接下来，将所得平板状坯胎放置在避免强烈阳光直射，在温度为10 ºC，相对湿度为40%，干燥时间为30天。而后，进行热解，热解气氛为氮气，温度为600℃，升温速率为10℃/min，惰性气体流量为300mL/min，恒温时间为0.5小时；冷却后便得催化炭膜。平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为15mm，单个催化剂层厚度为1mm，单个炭膜层厚度为6mm。将该催化炭膜用于甲醇水蒸气重整反应，在反应温度250℃时的效果为甲醇转化率96.2%，氢气收率92.5%。
实施例3
首先，将粉末状催化剂镍研磨至粒度50目与粘结剂缩醛树脂粉混合均匀；另外，将粉末状含碳前驱体煤粉混合后，进行研磨、搅拌，之后与适量水混合形成泥膏状。接下来，将预处理后的催化剂层原料、预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料，分别交替放入压片机的模具中，顺序为炭膜层—催化剂层—炭膜层—催化剂层，共4层；经10MPa一次压制成型，制成平板状叠层结构的坯胎。接下来，将所得平板状坯胎放置在避免强烈阳光直射，在温度为0 ºC，相对湿度为60%，干燥时间为2天。而后，进行热解，热解气氛为氮气，温度为800℃，升温速率为5℃/min，惰性气体流量为500mL/min，恒温时间为3.5小时；冷却后便得催化炭膜。平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为10mm，单个催化剂层厚度为2.5mm，单个炭膜层厚度为2.5mm。将该催化炭膜用于乙醇气相羰基化反应，在反应温度280℃时的效果为乙醇转化率97.8%，选择性96.2%。
实施例4
首先，将粉末状催化剂银/氧化铝研磨至100目与粘结剂三聚氰胺粉和适量水混合均匀；另外，将含碳前驱体炭粉与添加剂氢氧化钠混合后，进行研磨、搅拌，之后与水混合形成泥膏状。接下来，将预处理后的催化剂层原料、预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料，分别交替放入压片机的模具中，每放入一次原料后都进行10MPa压制成型一次，依次罗列形成平板状叠层结构的坯胎。顺序为炭膜层—催化剂层，共2层。接下来，将所得平板状坯胎放置在避免强烈阳光直射，在温度为-10 ºC，相对湿度为80%，干燥时间为5天。而后，进行热解，热解气氛为氮气，温度为600℃，升温速率为2℃/min，惰性气体流量为300mL/min，恒温时间为5小时；冷却后便得催化炭膜。平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为1mm，单个催化剂层厚度为0.5mm，单个炭膜层厚度为0.5mm。将该催化炭膜用于乙烯环氧化反应，在反应温度240℃时的效果为选择性92.5%。
实施例5
首先，将氧化铬构成的粉末状催化剂研磨至粒度为40-80目，与粘结剂聚酯粉和适量水混合均匀；另外，将含碳前驱体石墨粉与甲基纤维素混合后，进行研磨、搅拌，之后与水混合形成泥膏状。接下来，将预处理后的催化剂层原料、预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料，分别交替放入压片机的模具中，每放入一次原料后都进行10MPa压制成型一次，依次罗列形成平板状叠层结构的坯胎。顺序为催化剂层—炭膜层—催化剂层—炭膜层—催化剂层—炭膜层—催化剂层—炭膜层，共8层。接下来，将所得平板状坯胎放置在避免强烈阳光直射，在温度为-25ºC，相对湿度为100%，干燥时间为9天。而后，进行热解，热解气氛为真空，温度为400℃，升温速率为0.1℃/min，恒温时间为4.5小时；冷却后便得催化炭膜。平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为30mm，单个催化剂层厚度分别为0.2mm、0.5mm、2.5mm、2.8mm，单个炭膜层厚度分别为1.5mm、1.5mm、1mm、20mm。将该催化炭膜用于异丁烷脱氢制异丁烯反应，在反应温度550℃时的效果为异丁烷转化率达66.8%。
实施例6
首先，将粉末状催化剂金属铂和氧化铝研磨至粒度为40-80目，与粘结剂环氧树脂粉和适量水混合均匀；另外，将含碳前驱体生物质果壳粉与添加剂氯化锌混合后，进行粉碎、研磨、搅拌，之后与水混合形成泥膏状。接下来，将预处理后的催化剂层原料、预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料，分别交替放入压片机的模具中，每放入一次原料后都进行10MPa压制成型一次，依次罗列形成平板状叠层结构的坯胎。顺序为炭膜层—催化剂层—炭膜层，共3层。接下来，将所得平板状坯胎放置在避免强烈阳光直射，在温度为35ºC，相对湿度为40%，干燥时间为15天。而后，进行热解，热解气氛为氮气，流量为150mL/min，温度为800℃，升温速率为0.5℃/min，恒温时间为1.0小时；冷却后便得催化炭膜。平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为5mm，单个催化剂层厚度分别为2mm，单个炭膜层厚度均为1.5mm。将该催化炭膜用于环己烷脱氢制苯反应，在反应温度230℃时的效果为环己烷转化率达88%。

Claims (5)

1.一种叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：本方法包括如下步骤组成；
（1）原料预处理步骤：
催化剂层的原料预处理：将粉末状催化剂研磨，或粉末状催化剂研磨后与粘结剂混合成泥膏状，或粉末状催化剂研磨后与水混合成泥膏状；
炭膜前驱体层的原料预处理：将粉末状含碳前驱体，或粉末状含碳前驱体与添加剂混合后，进行粉碎、研磨、搅拌中的一种或几种，而后与水混合形成泥膏状；
（2）催化剂层与炭膜前驱体层叠加复合步骤：将预处理后的催化剂层原料或预处理后的泥膏状炭膜前驱体层原料放入压片机的模具中，压制成型，制成平板状叠层结构的坯胎；
（3）干燥步骤：将步骤（2）所得平板状坯胎放置在避免强光直射，干燥温度为-25 ºC~35ºC，相对湿度为20%~100%的环境进行蒸发干燥，干燥时间为2-30天；
（4）热解步骤：将步骤（3）中干燥的坯胎进行热解，热解气氛为惰性气体或真空，温度为400～1000℃，升温速率为0.1℃～20℃/min，惰性气体流量为50～500mL/min，恒温时间为0.1-5小时；冷却后得催化炭膜。
2.根据权利要求1所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所述炭膜前驱体层的原料为酚醛树脂、石油焦、煤粉、炭粉、石墨粉、生物质粉中的一种或两种；添加剂为甲基纤维素、氯化锌、氢氧化钠、六次甲基四胺中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所述催化剂层的原料为镍、铂、银、氧化铜、氧化铝、氧化锌或氧化铬中的一种或多种；粘结剂为环氧树脂、聚氨酯、纤维素、缩醛树脂、三聚氰胺、聚酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所得到的坯胎为催化剂层与炭膜前驱体层交替叠加，总层数为2层～8层；压制成型方式为一次整体成型或多次分批成型，使单层或多层的催化剂层与炭膜前驱体层交替叠加复合为一体。
5.根据权利要求1所述的叠层结构多孔催化炭膜的制备方法，其特征在于：所制得平板状叠层结构多孔催化炭膜整体厚度为1～30mm，单个催化剂层或炭膜层厚度为0.2～20mm。
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