RU2808321C1 - Способ получения водорода и углеродного наноматериала, катализатор для его осуществления и способ приготовления катализатора - Google Patents
Способ получения водорода и углеродного наноматериала, катализатор для его осуществления и способ приготовления катализатора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808321C1 RU2808321C1 RU2023100897A RU2023100897A RU2808321C1 RU 2808321 C1 RU2808321 C1 RU 2808321C1 RU 2023100897 A RU2023100897 A RU 2023100897A RU 2023100897 A RU2023100897 A RU 2023100897A RU 2808321 C1 RU2808321 C1 RU 2808321C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- hydrogen
- carbon nanomaterial
- methane
- solution
- Prior art date
Links
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 45
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 40
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 13
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 7
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 117
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 32
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 6
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 4
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 3
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical class [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 2
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 2
- 229910018626 Al(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000858 Cyclodextrin Polymers 0.000 description 1
- 229920001353 Dextrin Polymers 0.000 description 1
- 239000004375 Dextrin Substances 0.000 description 1
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- HOWJQLVNDUGZBI-UHFFFAOYSA-N butane;propane Chemical compound CCC.CCCC HOWJQLVNDUGZBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940097362 cyclodextrins Drugs 0.000 description 1
- 235000019425 dextrin Nutrition 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- GPNDARIEYHPYAY-UHFFFAOYSA-N palladium(ii) nitrate Chemical compound [Pd+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GPNDARIEYHPYAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 description 1
- 239000006188 syrup Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к технологии получения водорода и углеродного наноматериала методом пиролиза углеводородных газов (например, метана, природного газа или попутного нефтяного газа), и может быть использовано в различных сферах применения: водородной энергетике, нанотехнологии, химической промышленности и т.д. Способ получения водорода и углеродного наноматериала включает пиролиз углеводородных газов в присутствии катализатора, содержащего по меньшей мере один металл 9, 10, 11 групп Периодической системы химических элементов, при температурах 550-750°С и давлениях от 1 до 10 атм. Катализатор для получения водорода и углеродного наноматериала получают путем приготовления раствора из кристаллогидратов по меньшей мере одного нитрата металла, нагрева полученного раствора до температуры 460°С при скорости нагрева 1-20°С/мин, упаривания раствора до твердого состояния, прокалки, введением раствора тетраэтоксисилана, разбавленного пропанолом, сушки. Предложенный в изобретении подход позволяет увеличить выход водорода и углеродного наноматериала. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 22 пр.
Description
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к технологии получения водорода и углеродного наноматериала методом пиролиза углеводородных газов (например, метана, природного газа или попутного нефтяного газа), и может быть использовано в различных сферах применения, например, водородной энергетике, нанотехнологии, химической промышленности и т.д.
Известно несколько способов получения водорода и углеродного наноматериала на основе процесса пиролиза углеводородных газов в присутствии катализатора.
Катализатор получения водорода и углеродных нановолокон из метана, включающий в свой состав оксиды никеля, меди, гидроксид алюминия, восстановленный водородом при нагревании до 651 – 800oC, при этом в состав катализатора дополнительно вводят оксид железа при следующем соотношении компонентов, маcс.%:
NiO - 69,0-74,0
CuO - 9,5-12,0
Al(OH)3 - 9,5-12,0
Fe2O3 - 2,0-12,0.
Разложение метана ведут при 651 - 800°C, при этом степень превращения составляет 20 - 60% (Патент РФ 2116829 приоритет от 12.03.1997, опубликован 10.08.1998).
Данный способ получения водорода и углеродных нановолокон, а также катализатор имеет существенный недостаток – низкие удельные выходы продуктов реакции, т.е. водорода и углеродных нановолокон.
Разложение метана и пропан-бутановой смеси ведут в присутствие катализатора в состав которого входят металлы VI-VIII группы, например, Fe, Co, Ni, Mn, Mo и т.д., при температуре 550-1000°С. Катализатор приготавливают следующим образом: готовят водные растворы компонентов, содержащих углеводы и ионы металлов активных компонентов и носителей, смешение которых приводит к образованию комплексов между углеводами и катионами металлов, с последующим быстрым термическим нагревом полученных сиропов, обеспечивающим получение высокодисперсных пен, которые после высушивания подвергают контролируемому окислению, в результате чего получают высокодисперсные нанесенные катализаторы, содержащие активные компоненты в виде высокодисперсных или рентгеноаморфных соединений. В качестве носителей используют соединения металлов II-IV группы, например, Mg, Са, Al. В качестве углеводов используют моно- и полисахариды, декстрины, циклодекстрины, полисахариды и их производные, например, сахарозу, крахмал и др. Контролируемое окисление осуществляют воздухом или смесями инертных газов с кислородом при температуре 300-600°С (Патент РФ №2373995, приоритет от 01.11.2008, опубликован 27.11.2009).
Данный способ имеет существенный недостаток – низкие удельные выходы водорода.
Известен способ получения водорода и волокнистого углерода, который включает разложение углеводородсодержащего газа при повышенной температуре от 651 до 800°С и давлении 1-40 атм на катализаторе, в качестве которого используют восстановленный ферромагнитный термостабилизированный продукт, выделенный путем магнитной сепарации из золы от сжигания каменного угля на теплоэлектростанциях (Патент РФ №2284962, приоритет от 20.12.2004, опубликован 10.10.2006). Этот продукт представляет собой структуру шпинельного типа, состоящую на 18-90% из оксидов железа и остальное - оксиды алюминия, магния, титана и кремния. Перед использованием его предварительно подвергают гидродинамической и гранулометрической классификации.
Данный способ получения водорода и волокнистого углерода имеет существенный недостаток – низкие удельные выходы водорода.
Известен способ получения водорода и углеродных нановолокон, а также катализатор осуществления процесса, методика синтеза которого осуществляется следующим образом: готовится совместный комплексный раствор из кристаллогидратов по меньшей мере одного металла, проявляющие окислительные свойства, и органического соединения (глицина) растворенного в дистиллированной воде и проявляющего восстановительные свойства, при этом нагрев полученного комплексного раствора осуществляется до температур 350-450°С при скорости нагрева 1-15°С/мин, сопровождающегося упариванием комплексного раствора до гелеобразного состояния с последующим воспламенением самоподдерживающейся реакции горения органического соединения с образованием нанодисперсного катализатора получения углеродных наноматериалов и водорода методом каталитического разложения метана. (Патент РФ №2774666, приоритет от 24.09.2021, опубликован 21.06.2022). Данный способ принят в качестве прототипа.
Недостатком данного способа является быстрое дезактивация катализатора и, соответственно, низкие выходы водорода и углеродных нановолокон.
Техническим результатом настоящего изобретения является способ получения водорода и углеродного наноматериала, обеспечивающего увеличение выходов водорода и углеродного наноматериала, катализатор для осуществления способа с увеличенным времени жизни, способ приготовления катализатора.
Технический результат достигается тем, что катализатор для получения водорода и углеродного наноматериала получают путем приготовления раствора из кристаллогидратов по меньшей мере одного нитрата металла, нагрева полученного раствора до температуры 460°С при скорости нагрева 5-10°С/мин, упаривания раствора до твердого состояния, прокалки, введением раствора тетраэтоксисилана, разбавленного пропанолом, сушки.
Предпочтительно, в качестве металла для приготовления катализатора используют металлы 9, 10, 11 групп Периодической системы химических элементов.
Также технический результат достигается тем, что способ получения водорода и углеродного наноматериала включает пиролиз углеводородных газов в присутствии катализатора, содержащего по меньшей мере один металл 9, 10, 11 групп Периодической системы химических элементов, полученного путем приготовления раствора из кристаллогидратов по меньшей мере одного нитрата металла, нагрева полученного раствора до температуры 460°С при скорости нагрева 5-10°С/мин, упаривания раствора до твердого состояния, прокалки, введением раствора тетраэтоксисилана, разбавленного пропанолом, сушки, при температурах 550-750°С и давлениях от 1 до 10 атм.
Предпочтительно, катализатор содержит оксид кремния.
Сущность изобретения заключается в следующем. Увеличение времени жизни разработанного катализатора для получения водорода и углеродного наноматериала объясняется тем, что наличие второго металла в катализаторе на активной поверхности является причиной уменьшения поверхностной плотности активных центров, участвующих в лимитирующей стадии разложения углеводородных газов, при этом уменьшается вероятность объединения атомов основного металла в кластеры, следствием чего снижается скорость реакции разложения углеводородных газов и, соответственно, скорость дезактивации катализатора, и увеличиваются выходы водорода и углеродных наноматериалов как продуктов реакции пиролиза углеводородных газов. Увеличение удельных выходов продуктов реакции катализаторов при введении второго металла в катализатор можно объяснить снижением каталитической активности металлических наночастиц в процессе разложения углеводородных газов и, возможно, в процессе образования блокирующего углеродного отложения. Увеличения выходов водорода и углеродного наноматериала также обеспечивает давление 1 – 10 атм.
Катализатор приготавливали следующим образом. Кристаллогидраты нитратов металлов измельчали и нагревали до достижения температуры поверхности расплава, равной 130-150°C, вместе с тем перемешивали массу в течение времени до испарения кристаллизационной воды, до образования твердого раствора безводного нитрата.
Следующий этап синтеза – это разложение безводного нитрата до соответствующего оксида металла. Для этого тигель с твердым раствором безводного нитрата помещали в печь и нагревали по следующей схеме. От начальной температуры, составившей 25°C, смесь нагревали со скоростью 5-10°/мин до 460°C., далее безводные нитраты выдерживали в течение 4 часов при этом происходило окончательное разложение нитратов, после чего вводили текстурный промотор. Для этого к массе добавляли раствор тетраэтоксисилана, разбавленного пропанолом, при этом образовалась однородная паста, которую далее высушивали в печи с целью удаления органического растворителя из смеси путем испарения. Для этого печь нагрели от комнатной температуры до 100°C.
Процесс разложения углеводородного газа с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температурах от 550 до 750°С и давлениях от 1 до 10 атм в присутствии катализатора с по меньшей мере одним металлом 9, 10, 11 групп Периодической системы химических элементов.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Кристаллогидрат нитрата никеля Ni(NO3)2·6H2O измельчали до однородной массы. Полученную массу помещали в тигель и нагревали до достижения температуры поверхности расплава, равной 130–150°C, вместе с тем перемешивали массу в течение времени до испарения кристаллизационной воды, при этом в тигле происходило образование твердого раствора безводных нитратов соответствующих металлов.
Следующий этап синтеза – это разложение безводных нитратов до соответствующих оксидов металлов. Для этого тигель с твердым раствором безводных нитратов помещали в печь и нагревали по следующей схеме. От начальной температуры, составившей 25°C, смесь нагревали со скоростью 5-10°/мин до 460°C, далее безводные нитраты выдерживали в течение 4 часов. В результате прокаливания образовывалась пористая, легко измельчаемая масса.
Далее полученную массу оксидов тщательно измельчали до состояния однородного тонкого порошка, после чего вводили текстурный промотор. Для этого к массе добавляли раствор тетраэтоксисилана, разбавленного пропанолом. При этом образовалась однородная паста, которую далее высушивали в печи с целью удаления органического растворителя из смеси путем испарения. Для этого печь нагревали от 23°C до 100°C, при которой массу выдерживали в течение 2 часов.
Процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 554°С и давлении 1 атм.
Пример 2. Аналогичен примеру 1, отличается тем, процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 675°С.
Пример 3. Аналогичен примеру 1, отличается тем, процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 750°С
Пример 4. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 550°С и давлении 5 атм.
Пример 5. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что вместо метана использовали природный газ, процесс разложения природного газа проводили при температуре 675°С, давлении 5 атм.
Пример 6. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 749°С и давлении 5 атм.
Пример 7. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 750°С и давлении 10 атм.
Пример 8. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что к кристаллогидрату нитрата никеля добавляли кристаллогидрат нитрата меди, процесс разложения метана проводили при температуре 550 ̊С.
Пример 9. Аналогичен примеру 8, отличается тем, что вместо метана использовали природный газ, процесс разложения природного газа проводили при температуре 675°С и давлении 1 атм.
Пример 10. Аналогичен примеру 8, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 750°С и давлении 1 атм.
Пример 11. Аналогичен примеру 8, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 550 ̊С и давлении 5 атм.
Пример 12. Аналогичен примеру 8, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 677°С и давлении 5 атм.
Пример 13. Аналогичен примеру 8, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 750°С и давлении 5 атм.
Пример 14. Аналогичен примеру 8, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 750°С и давлении 10 атм.
Пример 15. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что к кристаллогидрату нитрата никеля добавляли кристаллогидрат нитрата кобальта, процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 675°С и давлении 1 атм.
Пример 16. Аналогичен примеру 15, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 675°С и давлении 5 атм.
Пример 17. Аналогичен примеру 15, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 675°С и давлении 10 атм.
Пример 18. Аналогичен примеру 15, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 750°С и давлении 1 атм.
Пример 19. Аналогичен примеру 15, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 750°С и давлении 5 атм.
Пример 20. Аналогичен примеру 15, отличается тем, что процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 750°С и давлении 10 атм.
Пример 21. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что к криcталлогидрату нитрата никеля добавляли кристаллогидрат нитрата палладия, процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 550°С и давлении 1 атм.
Пример 22. Аналогичен примеру 21, отличается тем, процесс разложения метана с получением водорода и углеродного наноматериала проводили при температуре 550°С и давлении 10 атм.
Данные об основных показателях процесса получения водорода и углеродного наноматериала по предлагаемому способу приведены в таблице 1.
Из представленных примеров следует, что изобретение позволяет получать водород и углеродный наноматериал с повышенным выходом.
Таблица 1. Результаты испытаний разработанного катализатора
| № | Состав катализатора, масс.% | Исходный углеводород | Температура реакции, °С | Давление, атм |
Выход водорода,
кг/кг кат |
Выход углеродного наноматериала,
кг/кг кат |
Время реакции, ч |
| 1 | 90Ni /10SiO2 | метан | 554 | 1 | 57,6 | 173,0 | 20 |
| 2 | 90Ni /10SiO2 | метан | 675 | 1 | 2,1 | 6,3 | 2 |
| 3 | 90Ni /10SiO2 | метан | 750 | 1 | 0,43 | 1,3 | 1 |
| 4 | 90Ni /10SiO2 | метан | 550 | 5 | 44 | 132,0 | 25 |
| 5 | 90Ni /10SiO2 | Природный газ | 675 | 5 | 51 | 154,0 | 16 |
| 6 | 90Ni /10SiO2 | метан | 749 | 5 | 16,3 | 47,9 | 7 |
| 7 | 90Ni /10SiO2 | метан | 750 | 10 | 12,2 | 36,6 | 8 |
| 8 | 80Ni – 10Cu /10SiO2 | метан | 550 | 1 | 51,6 | 155,2 | 50 |
| 9 | 80Ni – 10Cu /10SiO2 | Природный газ | 675 | 1 | 9,3 | 28,4 | 6 |
| 10 | 80Ni – 10Cu /10SiO2 | метан | 750 | 1 | 6,6 | 20,3 | 4 |
| 11 | 80Ni – 10Cu /10SiO2 | метан | 550 | 5 | 56,7 | 170,1 | 70 |
| 12 | 80Ni – 10Cu /10SiO2 | метан | 677 | 5 | 62,2 | 186,3 | 40 |
| 13 | 80Ni – 10Cu /10SiO2 | метан | 750 | 5 | 65,1 | 195,2 | 20 |
| 14 | 80Ni – 10Cu /10SiO2 | метан | 750 | 10 | 66,0 | 200,0 | 34 |
| 15 | 80Ni – 10Co /10SiO2 | метан | 675 | 1 | 4,3 | 12,9 | 2,5 |
| 16 | 80Ni – 10Co /10SiO2 | метан | 675 | 5 | 44,2 | 132,1 | 30 |
| 17 | 80Ni – 10Co /10SiO2 | метан | 675 | 10 | 39,2 | 117,6 | 40 |
| 18 | 80Ni – 10Co /10SiO2 | метан | 750 | 1 | 3,6 | 10,8 | 1,5 |
| 19 | 80Ni – 10Co /10SiO2 | метан | 750 | 5 | 46,7 | 138,3 | 18 |
| 20 | 80Ni – 10Co /10SiO2 | метан | 750 | 10 | 42,1 | 126,3 | 30 |
| 21 | 85Ni – 5Pd /10SiO2 | метан | 550 | 1 | 64,1 | 192,3 | 70 |
| 22 | 85Ni – 5Pd /10SiO2 | метан | 550 | 10 | 52,0 | 156,0 | 80 |
Claims (5)
1. Способ приготовления катализатора для получения водорода и углеродного наноматериала путем приготовления раствора из кристаллогидратов по меньшей мере одного нитрата металла, включающий нагрев полученного раствора до температуры 460°С при скорости нагрева 5-10°С/мин, сопровождающегося процессом упаривания раствора до твердого состояния, прокалку, введение раствора тетраэтоксисилана, разбавленного пропанолом, сушку.
2. Способ приготовления катализатора п. 2, отличающийся тем, что в качестве металла используют металлы 9, 10, 11 групп Периодической системы химических элементов.
3. Катализатор для получения водорода и углеродного наноматериала, содержащий по меньшей мере один металл 9, 10, 11 групп Периодической системы химических элементов, приготовленный по способу по п. 1.
4. Катализатор по п. 3, отличающийся тем, что содержит оксид кремния.
5. Способ получения водорода и углеродного наноматериала, включающий пиролиз углеводородных газов в присутствии катализатора по любому из пп. 3, 4, содержащего по меньшей мере один металл 9, 10, 11 групп Периодической системы химических элементов, при температурах 550-750°С и давлениях от 1 до 10 атм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2024/050009 WO2024155213A1 (ru) | 2023-01-17 | 2024-01-16 | Способ приготовления катализатора для получения водорода и углеродного наноматериала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808321C1 true RU2808321C1 (ru) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2284962C2 (ru) * | 2004-12-20 | 2006-10-10 | Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской Академии Наук (ИППУ СО РАН) | Способ получения водорода и волокнистого углерода |
| CN100386257C (zh) * | 2005-11-28 | 2008-05-07 | 西安交通大学 | 单温区电阻炉热解法生长并纯化碳纳米管的工艺 |
| RU2393276C1 (ru) * | 2009-03-05 | 2010-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенный центр исследований и разработок" | Способ изготовления длинных ориентированных жгутов углеродных нановолокон |
| RU2462293C1 (ru) * | 2011-01-12 | 2012-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Способ получения нановолокнистого углеродного материала и водорода |
| RU2468066C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2012-11-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Нижегородский Государственный Университет Им. Н.И. Лобачевского" | Способ получения низших олефиновых углеводородов |
| EA201291333A1 (ru) * | 2010-05-24 | 2013-09-30 | Силурия Текнолоджиз, Инк. | Нанопроволочные катализаторы |
| RU2526040C1 (ru) * | 2013-06-20 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ получения моторного топлива |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2284962C2 (ru) * | 2004-12-20 | 2006-10-10 | Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской Академии Наук (ИППУ СО РАН) | Способ получения водорода и волокнистого углерода |
| CN100386257C (zh) * | 2005-11-28 | 2008-05-07 | 西安交通大学 | 单温区电阻炉热解法生长并纯化碳纳米管的工艺 |
| RU2393276C1 (ru) * | 2009-03-05 | 2010-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенный центр исследований и разработок" | Способ изготовления длинных ориентированных жгутов углеродных нановолокон |
| EA201291333A1 (ru) * | 2010-05-24 | 2013-09-30 | Силурия Текнолоджиз, Инк. | Нанопроволочные катализаторы |
| RU2462293C1 (ru) * | 2011-01-12 | 2012-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Способ получения нановолокнистого углеродного материала и водорода |
| RU2468066C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2012-11-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Нижегородский Государственный Университет Им. Н.И. Лобачевского" | Способ получения низших олефиновых углеводородов |
| RU2526040C1 (ru) * | 2013-06-20 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ получения моторного топлива |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПОПОВ М.В. и др. Производство водорода и нановолокнистого углерода каталитическим пиролизом метана на никельсодержащих катализаторах под давлением. Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология, номер 3 /2 (122), стр.36-41, 2013. ПОПОВ М.В. и др. Влияние добавления на процесс получения водорода и нановолокнистого углерода каталитическим пиролизом на Ni-содержащих катализаторах. Кинетика и катализ, том.54, номер 4, стр.507-512, 2013. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101424963B1 (ko) | 다중벽 탄소 나노튜브 생산 공정을 위한 촉매 시스템 | |
| KR101100297B1 (ko) | 금속 화합물 미세 분말의 제조방법 | |
| US7001586B2 (en) | CO-free hydrogen from decomposition of methane | |
| US10669155B2 (en) | Method for synthesizing graphene from encapsulated particles | |
| KR101241034B1 (ko) | 분무 열분해 방법을 이용한 고수율 탄소나노튜브 합성용 촉매조성물의 제조 방법 | |
| EP1456439B1 (en) | Method for producing multifaceted graphitic nanotubes | |
| CN115485066A (zh) | 催化材料及其用途 | |
| CN109126844A (zh) | 一种碳化钼纳米片及其制备方法和应用 | |
| Jana et al. | Mild temperature hydrogen production by methane decomposition over cobalt catalysts prepared with different precipitating agents | |
| RU2808321C1 (ru) | Способ получения водорода и углеродного наноматериала, катализатор для его осуществления и способ приготовления катализатора | |
| WO2016133213A1 (ja) | アンモニア合成触媒とその製造方法 | |
| US6995115B2 (en) | Catalyst for the generation of CO-free hydrogen from methane | |
| EP4017630A1 (en) | A catalyst composition and its applications thereof | |
| WO2024155213A1 (ru) | Способ приготовления катализатора для получения водорода и углеродного наноматериала | |
| CN114100649B (zh) | 一种高导热Fe基催化剂及其制备方法和在费托合成反应中的应用 | |
| US20220161249A1 (en) | Nitrogen-doped catalyst for oxidative coupling reaction of methane, manufacturing method of nitrogen-doped catalyst for oxidative coupling reaction of methane thereby, and method for oxidative coupling reaction of methane using the same | |
| CN115069238A (zh) | 一种单一锰金属催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN112705237B (zh) | 碳包覆碳化镍和镍的纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN111545055A (zh) | 类水滑石衍生复合氧化物材料的应用 | |
| KR100991012B1 (ko) | 저온영역에서 탄소섬유 제조가 가능한코발트／알루미늄포스페이트 촉매 및 이의 제조방법 | |
| CN112705239B (zh) | 碳化镍纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| KR20240030569A (ko) | 이산화탄소의 수소화 반응을 위한 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 액상탄화수소 화합물 합성 방법 | |
| JP7040978B2 (ja) | カルシウムアルミネート粉末 | |
| CN118184472A (zh) | 碳点/氧化铁纳米复合燃烧催化剂的制备方法 | |
| CN117163948A (zh) | 窄手性分布的单壁碳纳米管及其制备方法 |