CN115041157B - 一种制氢催化剂载体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制氢催化剂载体，其通过笼式多孔基本单元有序组合得到；所述有序组合的方式为：设置相邻的两个笼式多孔基本单元的中心之间的距离为笼式多孔基本单元中心径距离的二分之一；通过平移阵列的方式向两个互相垂直的方向分别复制生成新的笼式多孔基本单元；所有笼式多孔基本单元紧密结合，形成制氢催化剂载体；所述笼式多孔基本单元由六边形元素体几何变换得到；所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比大于4：1；所述制氢催化剂载体的原材料为钽金属粉末。本发明提供的制氢催化剂载体由于孔隙率高，使得甲醇重整制氢反应停留时间长，有利于重整反应充分进行，提高甲醇的转化率。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，具体而言，涉及一种制氢催化剂载体及其制备方法。
背景技术
甲醇作为一种氢源载体，具有比能量高、氢碳比高、来源广泛、可再生、储存运输方便等优点，利用甲醇与水蒸气进行重整是一种节能且高效的在线制氢技术。
微反应器是指基于精密加工技术制造出的拥有微米级通道特征尺寸的微型化学反应器。微反应器具有微小的通道特征尺寸、极大的比表面积以及优异的传热传质性能，能够实现反应原料的瞬间均匀混合、持续高效的热能传导，同时利于精确控制反应进程。由于微反应器优良的性能、紧凑的结构以及较高的产业化可行性，使其在甲醇重整制氢反应领域具有极其广阔的应用前景。
催化剂载体是甲醇重整制氢微反应器中的核心部件，具有微通道结构的催化剂载体为催化剂提供负载区域及支撑，同时为重整反应的进行提供大量的反应界面。目前甲醇重整制氢领域的研究表明：微通道制氢载体的结构极大地影响到微反应器的制氢性能，合理的微通道结构能够提高反应器的传热传质效率，使反应区域流场的流速分布更加均匀，改善反应区域温度场的梯度分布，从而提高甲醇制氢的反应效率，即提高甲醇的转化率。
当前常见的催化剂载体主要分为二维结构微通道载体及三维空间结构微通道载体。二维结构微通道载体是在催化剂载体表面加工出各种不同截面形状的平面图形化的微型凹槽，这些微通道凹槽按照形态特征可以分为：直线式、曲线式、微阵列式、仿生式等。二维微通道催化剂载体的制造方法一般为传统的机械加工方法，即车削加工、铣削加工、刨削加工等。二维结构由于维度较低，比表面积较小，从而导致反应效率较低。三维结构微通道是指具有空间维度的立体式结构微通道。目前对三维结构微通道催化剂载体的研究还处于前期探索阶段，主要包括一些多孔材料如：金属泡沫材料、金属粉末烧结材料以及金属纤维材料。金属泡沫材料一般采用熔体凝固法或金属沉积法制造，常见的金属泡沫材料包括：泡沫铜、泡沫铝、泡沫镍或泡沫合金。金属粉末烧结材料是以金属粉末为原材料，利用粉末颗粒之间的间隙，通过烧结在内部形成微通道结构，此种方式制造的载体孔隙率较低，且在制造过程中容易产生闭孔现象，微通道成型质量差。金属纤维材料与金属泡沫材料类似，同样具有三维网格空间结构，但其制造的载体有成型随机性大不便定参数控制等缺陷。
综上所述，经过申请人的海量检索，本领域至少存在制氢催化剂载体孔隙率低、成型随机性大、不便定参数控制等缺陷，使得制氢催化剂载体应用于甲醇重整制氢微反应器时，甲醇制氢的反应效率较低，即甲醇的转化率较低，需要开发或者改进一种制氢催化剂载体。
发明内容
基于此，为了解决制氢催化剂载体孔隙率低、成型随机性大、不便定参数控制的问题，本发明提供了一种制氢催化剂载体，具体技术方案如下：
一种制氢催化剂载体，其通过笼式多孔基本单元有序组合得到；
所述有序组合的方式为：设置相邻的两个笼式多孔基本单元的中心之间的距离为笼式多孔基本单元中心径距离的二分之一；通过平移阵列的方式向两个互相垂直的方向分别复制生成新的笼式多孔基本单元；所有笼式多孔基本单元紧密结合，形成制氢催化剂载体；
所述笼式多孔基本单元由六边形元素体几何变换得到；
所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比大于4：1；
所述制氢催化剂载体的原材料为钽金属粉末。
进一步地，所述钽金属粉末为类球形。
进一步地，所述钽金属粉末的粒度为30μm～40μm。
进一步地，所述制氢催化剂载体包括单层板形式和多层板形式中的一种；
所述制氢催化剂载体包括矩形板式和圆形板式中的一种。
本技术方案还提供了一种制氢催化剂载体的制备方法，其包括以下步骤：
利用三维建模软件CATIA建立笼式多孔基本单元制氢催化剂载体的三维模型，保存为空间点云形式文件格式；
所述三维模型的建立方式为：
设置相邻的两个笼式多孔基本单元的中心之间的距离为笼式多孔基本单元中心径距离的二分之一；通过平移阵列的方式向两个互相垂直的方向分别复制生成新的笼式多孔基本单元；所有笼式多孔基本单元紧密结合，形成制氢催化剂载体；
所述笼式多孔基本单元由六边形元素体几何变换得到；
所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比大于4：1；
利用有限元分析软件对三维模型进行力学性能分析，分析结果合格；
将所述空间点云形式文件导入切片软件Magics中进行切片处理；
将钽金属粉末加入选区激光熔化设备；
将切片处理完成的文件导入所述选区激光熔化设备中制备制氢催化剂载体。
进一步地，所述选区激光熔化设备的基板预热温度为150～200℃。
进一步地，所述选区激光熔化设备的激光功率为100～200W。
进一步地，所述选区激光熔化设备的激光扫描速度为300～350mm/s。
进一步地，所述选区激光熔化设备的扫描间距为0.4～0.8mm。
进一步地，所述选区激光熔化设备的分层厚度为0.02～0.03mm。
上述技术方案提供的制氢催化剂载体由于孔隙率高，使得甲醇重整制氢反应停留时间长，有利于重整反应充分进行，提高甲醇的转化率。本发明提供的制氢催化剂载体具备几何结构参数定向特性，克服了传统三维材料的成型随机性大、不便定参数控制的问题。本发明提供的制氢催化剂载体具有笼式多孔基本单元，能够有效减小制氢系统的压降，制氢催化剂载体各向同性的特征保证了反应气体在流动时的均匀性，利于反应平稳进行，从而提高甲醇的转化率。本发明提供的制氢催化剂载体，每两个笼式多孔基本单元之间具有重合部分，即空间上的连结，自然形成紧密的结构，使得制氢载体的结构强度得到保证，具有优秀的力学性能。制氢载体在空间结构上具有自带支撑结构的特性，且是在空间任意截面上都自带支撑结构，在利用金属增材制造方法制备时无需考虑成型支撑问题，一体成型制造十分便捷。笼式多孔单元制氢载体的笼式单元特性使其具有极大的比表面积，利于催化剂的附着，且为甲醇重整制氢催化反应提供了丰富的反应场所，提高甲醇的转化率。
附图说明
图1是制氢催化剂载体实施例1三维模型图。
图2是制氢催化剂载体实施例1示意图。
图3是笼式多孔基本单元示意图。
图4是笼式多孔基本单元俯视图。
图5是制氢催化剂载体实施例1的微通道形式示意图。
图6是制氢催化剂载体实施例1的微通道形式示意图。
图7是六边形元素体的示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种制氢催化剂载体，其通过笼式多孔基本单元有序组合得到；
所述有序组合的方式为：设置相邻的两个笼式多孔基本单元的中心之间的距离为笼式多孔基本单元中心径距离的二分之一；通过平移阵列的方式向两个互相垂直的方向分别复制生成新的笼式多孔基本单元；所有笼式多孔基本单元紧密结合，形成制氢催化剂载体；
所述笼式多孔基本单元由六边形元素体几何变换得到；
所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比大于4：1；
所述制氢催化剂载体的原材料为钽金属粉末。
本发明的元素体设置为六边形，一方面尽量消除多边形的形态在制造过程中带来的应力集中问题，该问题主要出现在少多边形，如：三角形、矩形；另一方面是为了方便设计制造及保证制造精度，多边形元素体的边数越多，再加上此结构尺寸较为微小，在制造过程中产生的阶梯效应对比就越明显，影响制造精度，不利于减小误差。
优选地，所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比为4.05～6：1。进一步优选地，所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比为4.5～5.5：1。更进一步优选地，所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比为5：1。
在其中一个实施例中，所述钽金属粉末为类球形。
在其中一个实施例中，所述钽金属粉末的粒度为30μm～40μm。优选地，所述钽金属粉末的粒度为33μm～38μm。
在其中一个实施例中，所述制氢催化剂载体包括单层板形式和多层板形式中的一种；
所述制氢催化剂载体包括矩形板式和圆形板式中的一种。
优选地，所述制氢催化剂载体为多层板形式；
所述制氢催化剂载体为矩形板式。
在其中一个实施例中，本技术方案提供了一种制氢催化剂载体的制备方法，其包括以下步骤：
利用三维建模软件CATIA建立笼式多孔基本单元制氢催化剂载体的三维模型，保存为空间点云形式文件格式；
所述三维模型的建立方式为：
设置相邻的两个笼式多孔基本单元的中心之间的距离为笼式多孔基本单元中心径距离的二分之一；通过平移阵列的方式向两个互相垂直的方向分别复制生成新的笼式多孔基本单元；所有笼式多孔基本单元紧密结合，形成制氢催化剂载体；
所述笼式多孔基本单元由六边形元素体几何变换得到；
所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比大于4：1；
利用有限元分析软件对三维模型进行力学性能分析，分析结果合格；
将所述空间点云形式文件导入切片软件Magics中进行切片处理；
将钽金属粉末加入选区激光熔化设备；
将切片处理完成的文件导入所述选区激光熔化设备中制备制氢催化剂载体。
在其中一个实施例中，所述选区激光熔化设备的基板预热温度为150～200℃。优选地，所述选区激光熔化设备的基板预热温度为160～190℃。进一步优选地，所述选区激光熔化设备的基板预热温度为170～180℃。
在其中一个实施例中，所述选区激光熔化设备的激光功率为100～200W。优选地，所述选区激光熔化设备的激光功率为120～180W。进一步优选地，所述选区激光熔化设备的激光功率为150～160W。
在其中一个实施例中，所述选区激光熔化设备的激光扫描速度为300～350mm/s。优选地，所述选区激光熔化设备的激光扫描速度为320～330mm/s。
在其中一个实施例中，所述选区激光熔化设备的扫描间距为0.4～0.8mm。优选地，所述选区激光熔化设备的扫描间距为0.5～0.6mm。
在其中一个实施例中，所述选区激光熔化设备的分层厚度为0.02～0.03mm。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1：
利用三维建模软件CATIA建立笼式多孔基本单元制氢催化剂载体的三维模型，保存为空间点云形式文件格式；三维模型的建立方式为：设置相邻的两个笼式多孔基本单元的中心之间的距离为笼式多孔基本单元中心径距离的二分之一；通过平移阵列的方式向两个互相垂直的方向分别复制生成新的笼式多孔基本单元；所有笼式多孔基本单元紧密结合，形成制氢催化剂载体。笼式多孔基本单元由六边形元素体几何变换得到，六边形元素体的边长和六边形元素体的截面圆的半径之比为5：1。利用有限元分析软件对三维模型进行力学性能分析，分析结果合格。将所述空间点云形式文件导入切片软件Magics中进行切片处理。将35μm类球形钽金属粉末加入选区激光熔化设备。设置选区激光熔化设备的基板预热温度为175℃，激光功率为155W，激光扫描速度为325mm/s，扫描间距为0.5mm，分层厚度为0.02mm。将切片处理完成的文件导入所述选区激光熔化设备中制备制氢催化剂载体。
实施例2：
与实施例1同，不同之处在于六边形元素体的边长和六边形元素体的截面圆的半径之比为4.5：1。
实施例3：
与实施例1同，不同之处在于六边形元素体的边长和六边形元素体的截面圆的半径之比为5.5：1。
实施例4：
与实施例1同，不同之处在于钽金属粉末的粒度为33μm。
实施例5：
与实施例1同，不同之处在于钽金属粉末的粒度为38μm。
对比例1：
将35μm类球形钽金属粉末在1400℃温度下烧结35min得到制氢催化剂载体。
测试方法
孔隙率测试：使用孔隙率测量仪对得到的制氢催化剂载体进行测试，读出孔隙率结果。
甲醇转化率测试：在制氢催化剂载体上负载铜基催化剂Cu/ZnO/AI2O3。制氢反应开始前，要进行催化剂的还原和反应系统内杂质气体的清除。将氮气通入甲醇重整制氢微反应器，去处微通道内的空气。然后，将反应载体加热到260℃，将氮气和氢气的混合气体融入微反应器，对反应载体上的铜基催化剂进行还原1.5h。然后，将甲醇和水蒸气通入微反应器，进行水汽重整的反应，产生氢气，并进行氢气的提纯和收集。
表1：
从表1中可以看出，实施例1～5由于使用了本发明的技术方案，其孔隙率高达91～95％，甲醇转化率高达81～90％，本发明提供的制氢催化剂载体孔隙率高，有利于甲醇重整制氢反应平稳高效进行，从而使得甲醇转化率高。对比例1由于采用的烧结技术，其孔隙率低，不利于甲醇重整制氢反应平稳高效进行，从而使得甲醇转化率低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种制氢催化剂载体，其特征在于，其通过笼式多孔基本单元有序组合得到；
所述有序组合的方式为：设置相邻的两个笼式多孔基本单元的中心之间的距离为笼式多孔基本单元中心径距离的二分之一，且每两个笼式多孔基体单元之间具有重合部分；通过平移阵列的方式向两个互相垂直的方向分别复制生成新的笼式多孔基本单元；所有笼式多孔基本单元紧密结合，形成制氢催化剂载体；
所述笼式多孔基本单元由六边形元素体几何变换得到；
所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比大于4：1；
所述制氢催化剂载体的原材料为钽金属粉末。
2.根据权利要求1所述的制氢催化剂载体，其特征在于，所述钽金属粉末为类球形。
3.根据权利要求1所述的制氢催化剂载体，其特征在于，所述钽金属粉末的粒度为30μm～40μm。
4.根据权利要求1所述的制氢催化剂载体，其特征在于，所述制氢催化剂载体包括单层板形式和多层板形式中的一种；
所述制氢催化剂载体包括矩形板式和圆形板式中的一种。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的制氢催化剂载体的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
利用三维建模软件CATIA建立笼式多孔基本单元制氢催化剂载体的三维模型，保存为空间点云形式文件格式；
所述三维模型的建立方式为：
设置相邻的两个笼式多孔基本单元的中心之间的距离为笼式多孔基本单元中心径距离的二分之一，且每两个笼式多孔基体单元之间具有重合部分；通过平移阵列的方式向两个互相垂直的方向分别复制生成新的笼式多孔基本单元；所有笼式多孔基本单元紧密结合，形成制氢催化剂载体；
所述笼式多孔基本单元由六边形元素体几何变换得到；
所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比大于4：1；
利用有限元分析软件对三维模型进行力学性能分析，分析结果合格；
将所述空间点云形式文件导入切片软件Magics中进行切片处理；
将钽金属粉末加入选区激光熔化设备；
将切片处理完成的文件导入所述选区激光熔化设备中制备制氢催化剂载体。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述选区激光熔化设备的基板预热温度为150～200℃。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述选区激光熔化设备的激光功率为100～200W。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述选区激光熔化设备的激光扫描速度为300～350mm/s。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述选区激光熔化设备的扫描间距为0.4～0.8mm。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述选区激光熔化设备的分层厚度为0.02～0.03mm。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5879827A (en) * | 1997-10-10 | 1999-03-09 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Catalyst for membrane electrode assembly and method of making |
| CN205490244U (zh) * | 2016-03-10 | 2016-08-17 | 武汉理工大学 | 一种集成三元催化器的汽车尾气温差发电装置 |
| CN111902207A (zh) * | 2018-02-15 | 2020-11-06 | 剑桥企业有限公司 | 恒定剪切的连续式反应器装置 |
| CN113841078A (zh) * | 2019-03-14 | 2021-12-24 | 阿尔缇玛基因组学公司 | 用于分析物检测和分析的方法、装置和系统 |
| CN114192148A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-18 | 华东理工大学 | 基于3d打印脱合金工艺的制氢催化剂、制备方法及应用 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10598068B2 (en) * | 2015-12-21 | 2020-03-24 | Emissol, Llc | Catalytic converters having non-linear flow channels |
| US11047836B2 (en) * | 2017-03-31 | 2021-06-29 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Polymer microcolumn for gas or vapor separation, chromatography, and analysis |
-
2022
- 2022-06-10 CN CN202210657982.6A patent/CN115041157B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5879827A (en) * | 1997-10-10 | 1999-03-09 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Catalyst for membrane electrode assembly and method of making |
| CN205490244U (zh) * | 2016-03-10 | 2016-08-17 | 武汉理工大学 | 一种集成三元催化器的汽车尾气温差发电装置 |
| CN111902207A (zh) * | 2018-02-15 | 2020-11-06 | 剑桥企业有限公司 | 恒定剪切的连续式反应器装置 |
| CN113841078A (zh) * | 2019-03-14 | 2021-12-24 | 阿尔缇玛基因组学公司 | 用于分析物检测和分析的方法、装置和系统 |
| CN114192148A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-18 | 华东理工大学 | 基于3d打印脱合金工艺的制氢催化剂、制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Research on design method of gradient porous support based on triply periodic minimal surfaces";Minsheng Chen et al;《IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MANIPULATION, MANUFACTURING AND MEASUREMENT ON THE NANOSCALE》;第390-393页 * |
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| Publication number | Publication date |
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