一種以SOFC陽極負載銅鎳雙金屬催化劑的制備方法及其設備技術

本發明專利技術涉及一種以固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑的制備方法及其設備，包括得到水熱反應前驅物，所得的水熱反應前驅物、SOFC陽極和溶液固定于特別訂制的水熱釜中，進行水熱反應，得到生長在SOFC陽極管上的分布均勻、結晶完好的銅的氧化物，再進行干燥；將水熱過的SOFC陽極管置于馬弗爐內煅燒氧化，得到去除雜質后的SOFC陽極管及管上銅氧化物；將煅燒后的SOFC陽極管放到有氫氣氛圍的管式爐中，進行還原反應，SOFC陽極中的NiO也被還原成Ni，所以可以得到以SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑。該設備為特制的水熱釜。

【技術實現步驟摘要】
一種以SOFC陽極負載銅鎳雙金屬催化劑的制備方法及其設備
：本專利技術屬于應用化工、能源領域，涉及固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極負載銅、鎳雙金屬催化劑制備方法。
技術介紹
：近年來，雙金屬催化劑在催化研究中十分活躍，研究表明：雙金屬催化劑的活性高于相應的單組分催化劑，且催化劑選擇性相差也很大。而本專利技術使用的YSZ負載銅、鎳雙金屬催化劑可以作為甲醇水蒸氣重整制氫(MSR)用催化劑。固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將碳氫燃料的化學能直接轉化為電能的能量轉化裝置，可以將SOFC陽極經過適當的設計改造，也會具有燃料氣體重整的功能，將碳氫燃料經過適當的鈍化和重整，使之轉化為小分子的氫氣和一氧化碳，才能順利進行電化學反應，產生電能。催化劑常用的制備方法有浸漬法、沉淀法、熱溶解法、水熱法等。通過水熱法處理，可以得到結晶完好的粉體，理想的晶粒尺寸；并且水熱法制備工藝相比之下比較簡單，而以SOFC陽極作為載體，用水熱法使載體上生成銅，可以達到在載體上形成均勻納米銅顆粒的目的，增強其催化效果。與傳統的制氫方法相比，甲醇重整制氫具有以下3個優點：(1)制氫原料來源廣泛且價格低廉，甲醇作為一種常見的化工原料，既可以從化石資源中制得，又可從生物質中制得；(2)氫元素利用率高，甲醇分子式為CH3OH，含氫量高，能量密度高，氫氣的產率高；(3)制氫裝置簡單，甲醇便于儲存和運輸，可以做成組裝式或可移動式甲醇制氫裝置。
技術實現思路
：本專利技術是為了制備一種以固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑，主要用于碳氫燃料的重整，可以作為SOFC發電裝置的內部重整器或者外部重整器。為實現上述目的，制備一種以固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑，本專利技術采用的技術方案分為如下步驟：S11、取管狀SOFC陽極管置于五水硫酸銅、甲醛、氨水的反應液中恒溫水浴，得到水熱反應前驅物；S12、將S11中所得的水熱反應前驅物、SOFC陽極和溶液固定于特別訂制的水熱釜中，進行水熱反應，得到生長在SOFC陽極管上的分布均勻、結晶完好的銅的氧化物，再進行干燥；S13、將水熱過的SOFC陽極管置于馬弗爐內煅燒氧化，得到去除雜質后的SOFC陽極管及管上銅氧化物；S14、將煅燒后的SOFC陽極管放到有氫氣氛圍的管式爐中，進行還原反應，SOFC陽極中的NiO也被還原成Ni，所以可以得到以SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑。進一步的，在S11中，先將40～100ml的濃度為0.5mol/L的五水硫酸銅溶液置于60℃恒溫水浴之中，再投入管狀SOFC陽極材料(由YSZ和NiO組成)，恒溫水浴0.5-1小時后，再緩慢滴加3～20ml甲醛溶液和5～70ml氨水溶液，繼續水浴0.5～2小時，得到水熱前驅物和經過溶液充分浸泡的SOFC陽極管。進一步的，在S12中，將S11所得液體、前驅物、SOFC陽極置于水熱釜之中。再放入干燥箱，升溫至150～250℃條件下反應5～15小時，得到水熱處理后的SOFC陽極管。進一步的，上述水熱釜為本專利技術人獨自設計并找專業廠家精細制作的，該水熱釜的內膽聚四氟乙烯經過特殊加工，其一是內膽壁有多處2mm左右的插孔，可以用來穩定固定住SOFC陽極管，目的是在攪拌情況下，穩定住多孔陶瓷管；其二是有極細的不銹鋼針穿入插孔內，并貫穿內膽壁，利用這根導體，可以對水熱釜里的液體施加脈沖電壓，目的是利用脈沖電壓產生的靜電引力，增加該區域的能量起伏，使銅離子聚集在SOFC陽極管周圍，使插孔區域的晶核產生數量更多，其三該水熱釜頂部有機械傳動的攪拌裝置，其攪拌葉片直接插入到反應液面以下，可以達到在攪拌情況下進行水熱反應。上述方案中，聚四氟乙烯內膽是經過模具注塑而成，具有優良的耐腐蝕性，良好的自潤滑性和不粘連性。制得內膽后，再通過機械深加工，在內壁進行鑿貫穿孔，邊角打磨。上述方案中，脈沖電壓為間歇不連續脈沖。進一步的，在S13中，將上述水熱處理后的SOFC陽極管放入到馬弗爐中，升溫到400～700℃，保溫0.5～2小時，得到去除雜質、氧化后的SOFC陽極管。進一步的，在S14中，調節質量流量計，控制進入真空管式爐的氫氣和氬氣混合氣的流量在10～60sccm之間，設置管式爐升溫至550～900℃條件下保溫2～6小時，還原反應結束后，取出SOFC陽極管，得到以SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑。附圖說明：圖1為特制水熱釜的產品結構圖；圖2是經過S13步驟后得到的銅鎳復合催化劑的SEM圖片；圖3是經過S14步驟后得到的銅鎳復合催化劑的SEM圖片。具體實施例：實施例1：以微圓管式SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑的制備方法，包括以下步驟：S11、取質量分數為50份五水硫酸銅溶液進行恒溫水浴，再投入SOFC陽極管，然后依次加入質量份數為7份的甲醛溶液和氨水，調節PH值至3.6，在400RPM的磁力攪拌下恒溫水浴反應30分鐘，得到水熱法所需的混合溶液和前驅物；S12、將上述得到的SOFC陽極管、水熱前驅物和混合溶液倒入訂制水熱釜中，再放進干燥箱，升溫至240℃反應8個小時，之后冷卻至室溫，得到其水熱產物：被氧化亞銅包覆的SOFC陽極管；S13、將得到的水熱處理過的SOFC陽極管放置到馬弗爐中，升溫至700℃保溫1個小時，經高溫氧化后，得到被氧化銅包覆的SOFC陽極管；S14、再將S13中得到的產物放入到真空管式爐中，抽除空氣后，以20sccm的流量通入氫氣，在此氣氛下，將爐升溫到800℃保溫4個小時，之后冷卻至室溫后，得到由銅顆粒包覆的SOFC陽極，即以SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑。實施例2：以微三角管式SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑的制備方法，包括以下步驟：S11、取50份的無水硫酸銅溶液進行恒溫水浴，再投入SOFC陽極管，再依次加入質量份數為11份的甲醛溶液和氨水，調節PH值至5.4，在460RPM的磁力攪拌下恒溫水浴反應40分鐘，得到水熱法所需的混合溶液和前驅物；S12、將上述得到的SOFC陽極管、水熱前驅物和混合溶液倒入訂制水熱釜中，再放進干燥箱，升溫至200℃反應8個小時，之后冷卻至室溫，得到其水熱產物：被氧化亞銅包覆的SOFC陽極三角管；S13、將得到的水熱處理過的SOFC陽極管放置到馬弗爐中，升溫至700℃保溫1個小時，經高溫氧化后，得到被氧化銅包覆的SOFC陽極管；S14、再將S13中得到的產物放入到真空管式爐中，抽除空氣后，以25sccm的流量通入氫氣，在此氣氛下，將爐升溫到800℃保溫4個小時，之后冷卻至室溫后，得到由銅顆粒包覆的SOFC陽極，即以SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑。實施例3：本專利技術所涉及到的特制的水熱釜設備，外部有機械傳動的攪拌裝置，其攪拌頭伸入反應釜內部，并且可以控制攪拌速率；內膽內部有可以供陶瓷管插拔的套孔，起到固定陶瓷管的作用。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種以固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：S11、取管狀SOFC陽極管置于五水硫酸銅、甲醛、氨水的反應液中恒溫水浴，得到水熱反應前驅物；S12、將S11中所得的水熱反應前驅物、SOFC陽極和溶液固定于特別訂制的水熱釜中，進行水熱反應，得到生長在SOFC陽極管上的分布均勻、結晶完好的銅的氧化物，再進行干燥；S13、將水熱過的SOFC陽極管置于馬弗爐內煅燒氧化，得到去除雜質后的SOFC陽極管及管上銅氧化物；S14、將煅燒后的SOFC陽極管放到有氫氣氛圍的管式爐中，進行還原反應，SOFC陽極中的NiO也被還原成Ni，所以可以得到以SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑。

【技術特征摘要】
1.一種以固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：S11、取管狀SOFC陽極管置于五水硫酸銅、甲醛、氨水的反應液中恒溫水浴，得到水熱反應前驅物；S12、將S11中所得的水熱反應前驅物、SOFC陽極和溶液固定于特別訂制的水熱釜中，進行水熱反應，得到生長在SOFC陽極管上的分布均勻、結晶完好的銅的氧化物，再進行干燥；S13、將水熱過的SOFC陽極管置于馬弗爐內煅燒氧化，得到去除雜質后的SOFC陽極管及管上銅氧化物；S14、將煅燒后的SOFC陽極管放到有氫氣氛圍的管式爐中，進行還原反應，SOFC陽極中的NiO也被還原成Ni，所以可以得到以SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑。2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在S11中，先將40～100ml的濃度為0.5mol/L的五水硫酸銅溶液置于60℃恒溫水浴之中，再投入管狀SOFC陽極材料(由YSZ和NiO組成)，恒溫水浴0.5-1小時后，再緩慢滴加3～20ml甲醛溶液和5～70ml氨水溶液，繼續水浴0.5～2小時，得到水熱前驅物和經過溶液充分浸泡的SOFC陽極管。3.如權利要求1所述的制備方法，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁波，張思龍，魯圣國，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44