CN108636414A - 一种组合物、双金属催化剂的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属催化剂领域，尤其涉及一种组合物、双金属催化剂的制备方法及其应用。本发明提供了一种组合物，原料包括：六水合硝酸镍、氟化铵、尿素以及泡沫陶瓷。本发明还提供了一种利用上述组合物制备双金属催化剂的制备方法，本发明还提供了一种包括上述组合物或上述制备方法得到的产品在丙烷部分氧化制氢领域的应用。经实验测定可得，本发明提供的技术方案制得的产品，催化剂比表面积大，在载体上分布均匀，可快速传输反应气体和反应热，显著提高了催化产氢的效率；解决了现有技术中，用于氧化制氢的催化剂，存在着比表面积小、在载体上分布不均匀以及影响气体和热量传递的技术缺陷。

Description

一种组合物、双金属催化剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于金属催化剂领域，尤其涉及一种组合物、双金属催化剂的制备方法及其应用。
背景技术
近年来，双金属催化剂在催化研究中十分活跃，研究表明：双金属催化剂的活性高于相应的单组分催化剂，且催化剂选择性相差也很大。其中，使用泡沫陶瓷为载体的镍铁双金属催化剂可用于丙烷部分氧化制氢(POX)。
与传统的制氢方法相比，丙烷部分氧化制氢具有以下优点：(1)氢元素利用率高：丙烷分子式为C3H8，含氢量高，能量密度高，氢气的产率高；(2)丙烷部分氧化制氢装置简单，可放出大量的热量，可减少外部能量供给；(3)制氢原料来源广泛且价格低廉，丙烷是常见的一种燃料，可由原油、天燃气或成品油中获取；(4)易压缩、安全，便于运输；
现有技术中，双金属催化剂常用的制备方法有：浸渍法、沉淀法、热溶解法、水热法等，所制得的催化剂比表面积较小，催化剂在载体上分布不均匀；同时，载体多数采用粉末状载体，会影响反应过程中气体和热量的传递。
因此，研发出一种组合物、双金属催化剂的制备方法及其应用，用于解决现有技术中，用于氧化制氢的催化剂，存在着比表面积小、在载体上分布不均匀以及影响气体和热量传递的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种组合物、双金属催化剂的制备方法及其应用，用于解决现有技术中，用于氧化制氢的催化剂，存在着比表面积小、在载体上分布不均匀以及影响气体和热量传递的技术缺陷。
本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：六水合硝酸镍、氟化铵、尿素以及泡沫陶瓷。
优选地，所述组合物的原料还包括：九水合硝酸铁。
优选地，以摩尔份计，所述组合物的原料包括：六水合硝酸镍1.75～2.5份、九水合硝酸铁0～0.75份、氟化铵10～15份、尿素20～30份以及泡沫陶瓷1～3份。
本发明还提供了一种利用上述组合物制备双金属催化剂的制备方法，所述制备方法为：
步骤一、六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、氟化铵以及尿素溶于去离子水后，搅拌得第一产物；
步骤二、泡沫陶瓷与所述第一产物混合，进行水热反应后，再经洗涤和干燥，得第二产物；
步骤三、所述第二产物煅烧氧化，得第三产物；
步骤四、所述第三产物还原，得泡沫陶瓷负载的镍铁双金属催化剂。
优选地，步骤二中，所述泡沫陶瓷为块状泡沫陶瓷；
所述块状泡沫陶瓷的制备方法为：40PPI的聚氨酯海绵两次挂浆、烧结制备而成，所述挂桨的浆料是氧化铝粉、分散剂、粘结剂和水组成。。
优选地，所述块状泡沫陶瓷的长为15～18mm，所述块状泡沫陶瓷的宽为6～10mm，所述块状泡沫陶瓷的高为6～10mm。
优选地，步骤一中，所述搅拌的温度为20～30℃，所述搅拌的转速为300～400r/min，所述搅拌的时间为10～30min。
优选地，步骤二中，所述水热反应的温度为100～180℃，所述水热反应的时间为12～20h。
优选地，步骤三中，所述煅烧氧化的温度为400～700℃，所述煅烧氧化的时间为2～4h。
优选地，步骤四中，所述还原在氢气的保护气氛下进行，所述还原的温度为500～800℃，所述还原的时间为2～4h。
本发明还提供了一种包括上述组合物或上述制备方法得到的产品在丙烷部分氧化制氢领域的应用。
综上所述，本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：六水合硝酸镍、氟化铵、尿素以及泡沫陶瓷。本发明还提供了一种利用上述组合物制备双金属催化剂的制备方法，本发明还提供了一种包括上述组合物或上述制备方法得到的产品在丙烷部分氧化制氢领域的应用。经实验测定可得，本发明提供的技术方案制得的产品，催化剂比表面积大，在载体上分布均匀，可快速传输反应气体和反应热，显著提高了催化产氢的效率。本发明提供的一种组合物、双金属催化剂的制备方法及其应用，解决了现有技术中，用于氧化制氢的催化剂，存在着比表面积小、在载体上分布不均匀以及影响气体和热量传递的技术缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中，制得的催化剂产品1催化产氢效果的结果示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种组合物、双金属催化剂的制备方法及其应用，用于解决现有技术中，用于氧化制氢的催化剂，存在着比表面积小、在载体上分布不均匀以及影响气体和热量传递的技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种组合物、双金属催化剂的制备方法及其应用，进行具体地描述。
实施例1
2.25mmol六水合硝酸镍、0.25mmol九水合硝酸铁、10mmol氟化铵以及25mmol尿素溶于62mL去离子水后，搅拌得第一产物1；其中，搅拌的温度为20℃，搅拌的转速为400r/min，搅拌的时间为10min。
块状泡沫陶瓷与第一产物1混合，进行水热反应后，再经洗涤和干燥，得第二产物1；其中，水热反应的温度为120℃，水热反应的时间为16h。本实施例中，所使用的块状泡沫陶瓷的制备方法为：40PPI的聚氨酯海绵两次挂浆、烧结制备而成，其中，挂桨的浆料是300g氧化铝粉、0.2g分散剂、2g粘结剂PVB和90ml水组成；所制得的块状泡沫陶瓷的长为15～18mm，宽为6～10mm，高为6～10mm。
第二产物1煅烧氧化，得第三产物1；其中，煅烧氧化的温度为600℃，煅烧氧化的时间为3h。
第三产物1还原，得泡沫陶瓷负载的镍铁双金属催化剂产品1；其中，还原在氢气的保护气氛下进行，还原的温度为600℃，所述还原的时间为4h。
实施例2
2.5mmol六水合硝酸镍、15mol氟化铵以及20mmol尿素溶于62mL去离子水后，搅拌得第一产物2；其中，搅拌的温度为30℃，搅拌的转速为350r/min，搅拌的时间为20min。本实施例中，所使用的块状泡沫陶瓷的制备方法为：40PPI的聚氨酯海绵两次挂浆、烧结制备而成，其中，挂桨的浆料是300g氧化铝粉、0.2g分散剂、2g粘结剂PVB和90ml水组成；所制得的块状泡沫陶瓷的长为15～18mm，宽为6～10mm，高为6～10mm。
块状泡沫陶瓷与第一产物2混合，进行水热反应后，再经洗涤和干燥，得第二产物2；其中，水热反应的温度为100℃，水热反应的时间为20h。
第二产物2煅烧氧化，得第三产物2；其中，煅烧氧化的温度为400℃，煅烧氧化的时间为4h。
第三产物2还原，得泡沫陶瓷负载的镍铁双金属催化剂产品2；其中，还原在氢气的保护气氛下进行，还原的温度为500℃，所述还原的时间为3h。
实施例3
1.75mmol六水合硝酸镍、0.75mmol九水合硝酸铁、12mmol氟化铵以及30mmol尿素溶于62mL去离子水后，搅拌得第一产物3；其中，搅拌的温度为25℃，搅拌的转速为300r/min，搅拌的时间为30min。
块状泡沫陶瓷与第一产物3混合，进行水热反应后，再经洗涤和干燥，得第二产物3；其中，水热反应的温度为180℃，水热反应的时间为12h。本实施例中，所使用的块状泡沫陶瓷的制备方法为：40PPI的聚氨酯海绵两次挂浆、烧结制备而成，其中，挂桨的浆料是300g氧化铝粉、0.2g分散剂、2g粘结剂PVB和90ml水组成；所制得的块状泡沫陶瓷的长为15～18mm，宽为6～10mm，高为6～10mm。
第二产物3煅烧氧化，得第三产物3；其中，煅烧氧化的温度为700℃，煅烧氧化的时间为2h。
第三产物3还原，得泡沫陶瓷负载的镍铁双金属催化剂产品3；其中，还原在氢气的保护气氛下进行，还原的温度为800℃，所述还原的时间为2h。
实施例4
本实施例为测定实施例1～3制得的产品1～3催化效果的具体实施例。
将实施例1中制得的产品1放入实验室自制固定床连续流动微反应装置中。首先，在一定温度下引入原料气(丙烷和空气)，原料气丙烷和空气经质量流量计进入气体混合器再进入反应装置，在产品1的作用下发生丙烷部分氧化反应，其次反应产生的气体经冷却池，再次经变色硅胶干燥，最后通过六通阀取样进入热导池检测氢气含量，使用的色谱柱填料为5A分子筛。测试结果如图1所示。
从图1中可以得出，在30小时的测试中，氢气产率没有明显的下降,说明NiFe双金属催化剂长时间操作具有稳定性。
对产品2和产品3重复上述实验，得到与产品1类似的实验结果，在此不再赘述。
实施例5
本实施例为测定产品1～3中，催化剂在载体上分布情况的具体实施例。
对实施例1～3中的催化剂各选取一小部分样品，通过导电胶固定样品台上，在样品表面喷一层导电金属(铂或金)，然后进行扫描电子显微镜测试。
从显微镜镜头中可以观察得出，所制备的NiFe纳米片垂直生长在α-Al2O3泡沫陶瓷基片上，构成三维网状结构。
从上述实施例可以得出，本发明提供的技术方案，具有以下优点：
通过水热法处理，可以得到理想的晶粒尺寸和形状，并且水热法制备工艺相比之下比较简单，而以α～Al2O3泡沫陶瓷作为载体，用水热法使载体上生成镍、铁或镍铁合金片状催化剂，就像植物的叶子，有细小的脊、隆起、沟槽及隧道，相较于其他表面结构，涟漪状的叶片创造了更多的催化反应位点，可以吸附更多的氢原子，增强其催化产氢效果。
综上所述，本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：六水合硝酸镍、氟化铵、尿素以及泡沫陶瓷。本发明还提供了一种利用上述组合物制备双金属催化剂的制备方法，本发明还提供了一种包括上述组合物或上述制备方法得到的产品在丙烷部分氧化制氢领域的应用。经实验测定可得，本发明提供的技术方案制得的产品，催化剂比表面积大，在载体上分布均匀，可快速传输反应气体和反应热，显著提高了催化产氢的效率。本发明提供的一种组合物、双金属催化剂的制备方法及其应用，解决了现有技术中，用于氧化制氢的催化剂，存在着比表面积小、在载体上分布不均匀以及影响气体和热量传递的技术缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种组合物，其特征在于，所述组合物的原料包括：六水合硝酸镍、、氟化铵、尿素以及泡沫陶瓷。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物的原料还包括：九水合硝酸铁。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，以摩尔份计，所述组合物的原料包括：六水合硝酸镍1.75～2.5份、九水合硝酸铁0～0.75份、氟化铵10～15份、尿素20～30份以及泡沫陶瓷1～3份。
4.一种利用权利要求1至3任意一项所述的组合物制备双金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
步骤一、六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、氟化铵以及尿素溶于去离子水后，搅拌得第一产物；
步骤二、泡沫陶瓷与所述第一产物混合，进行水热反应后，再经洗涤和干燥，得第二产物；
步骤三、所述第二产物煅烧氧化，得第三产物；
步骤四、所述第三产物还原，得泡沫陶瓷负载的镍铁双金属催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述块状泡沫陶瓷的长为15～18mm，所述块状泡沫陶瓷的宽为6～10mm，所述块状泡沫陶瓷的高为6～10mm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述搅拌的温度为20～30℃，所述搅拌的转速为300～400r/min，所述搅拌的时间为10～30min。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述水热反应的温度为100～180℃，所述水热反应的时间为12～20h。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述煅烧氧化的温度为400～700℃，所述煅烧氧化的时间为2～4h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述还原在氢气的保护气氛下进行，所述还原的温度为500～800℃，所述还原的时间为2～4h。
10.一种包括权利要求1至3任意一项所述的组合物或权利要求4至9任意一项所述的制备方法得到的产品在丙烷部分氧化制氢领域的应用。
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