【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于能源再生領(lǐng)域，具體包含一種金屬納米催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、化石能源的不可再生性和人類對(duì)其的巨大消耗，使化石能源正在逐漸走向枯竭。同時(shí)，大量的化石能源消費(fèi)，引起溫室氣體排放，使大氣中溫室氣體濃度增加、溫室效應(yīng)增強(qiáng)(co2為溫室氣體的主要部分，其中約90％以上的co2排放是化石能源消費(fèi)活動(dòng)產(chǎn)生的)，導(dǎo)致全球氣候變暖。
2、氫是一種清潔、豐富且無毒的燃料，有望作為碳基燃料的替代品實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。而來源廣、資源豐富、含氫量高、性質(zhì)穩(wěn)定的儲(chǔ)氫材料將極大地促進(jìn)氫能源的發(fā)展。利用有機(jī)固體廢棄物作為原料生產(chǎn)氫氣是治理環(huán)境污染、開發(fā)清潔能源的有效途徑，例如塑料中含有8-14wt％的氫，這意味著塑料可作為一種含氫量高、來源廣的儲(chǔ)氫材料，可通過恰當(dāng)?shù)姆椒ㄌ崛∏鍧嵉臍淠茉础Ｈ欢?，目前利用有機(jī)固體廢棄物制氫需要較為苛刻的反應(yīng)條件和化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，且高效、高選擇性地從有機(jī)固體廢棄物提取氫也是存在巨大挑戰(zhàn)的。常規(guī)的熱催化反應(yīng)往往脫氫效率低，獲得的氣體產(chǎn)物復(fù)雜，導(dǎo)致產(chǎn)物價(jià)值降低且分離純化困難。雖然改進(jìn)的熱解-催化重整方法可以提升脫氫效率和氫氣產(chǎn)量，但通常需要在高溫(>500℃)條件下進(jìn)行長時(shí)間反應(yīng)，此過程會(huì)消耗大量能量并增加了二氧化碳排放。
3、因此，亟待開發(fā)一種可實(shí)現(xiàn)高效、高選擇性地從有機(jī)固體廢棄物提取氫的催化劑，這對(duì)于促進(jìn)有機(jī)固體廢棄物回收再利用、解決環(huán)境污染和氫能源發(fā)展至關(guān)重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本專利技術(shù)的
2、本專利技術(shù)的第二個(gè)目的在于提供一種利用如上所述的制備方法制備得到的金屬納米催化劑。
3、本專利技術(shù)的第三個(gè)目的在于提供一種利用如上所述的金屬納米催化劑在微波催化分解有機(jī)固體廢棄物中的應(yīng)用。
4、為實(shí)現(xiàn)上述第一個(gè)目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案包括：
5、本專利技術(shù)公開一種金屬納米催化劑的制備方法，包括如下步驟：
6、將過渡金屬鹽在300-1000℃下焙燒1-6h，得到金屬納米催化劑；
7、其中，所述過渡金屬鹽中至少含有一種含碳元素過渡金屬鹽。
8、經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)引入含碳元素過渡金屬鹽作為原料制備催化劑時(shí)，制備過程中會(huì)自發(fā)形成碳，可以有效地對(duì)形成的金屬顆粒進(jìn)行分散和隔離，防止其聚集成大顆粒和燒結(jié)，并提升微波熱轉(zhuǎn)化效率，有利于催化有機(jī)固體廢棄物脫氫。
9、進(jìn)一步，所述過渡金屬鹽選自鎳鹽、鈷鹽和鐵鹽中的一種或多種；
10、所述鎳鹽包括但不限于乙酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳和乙酰丙酮鎳中的一種或多種；
11、所述鈷鹽包括但不限于乙酸鈷、硝酸鈷、羰基鈷、氯化鈷和乙酰丙酮鈷中的一種或多種；
12、所述鐵鹽包括但不限于檸檬酸鐵、硝酸鐵、乙酰丙酮鐵和乙酸鐵中的一種或多種。
13、當(dāng)所述過渡金屬鹽選自鎳鹽、鈷鹽和鐵鹽中任意一類金屬鹽時(shí)，得到的催化劑為單金屬化合物所構(gòu)成的金屬納米催化劑；當(dāng)所述過渡金屬鹽選自鎳鹽、鈷鹽和鐵鹽中任意兩類或三類金屬鹽時(shí)，得到的催化劑為多金屬化合物所構(gòu)成的金屬納米催化劑。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，當(dāng)原料為單一過渡金屬鹽時(shí)，可直接將過渡金屬鹽進(jìn)行焙燒獲得；當(dāng)原料為多種過渡金屬鹽時(shí)，為了更好地使各過渡金屬鹽混合均勻，可以加入少量水，用于溶解并分散所述過渡金屬鹽，然后在保證過渡金屬鹽已充分混勻的情況下，再進(jìn)行后續(xù)的焙燒操作，這樣有利于使金屬納米催化劑呈現(xiàn)較高的催化活性。在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述過渡金屬鹽的總質(zhì)量與水的質(zhì)量比為1:0.05-50；優(yōu)選為1:0.1-20。
14、進(jìn)一步，當(dāng)所述過渡金屬鹽選自鎳鹽和鈷鹽時(shí)，所述鎳鹽和鈷鹽的質(zhì)量比為1:0.01-100；示例性地，所述鎳鹽和鈷鹽的質(zhì)量比可以為1:0.01、1:0.1、1:0.5、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:20、1:50、1:100等等。
15、進(jìn)一步，當(dāng)所述過渡金屬鹽選自鎳鹽和鐵鹽時(shí)，所述鎳鹽和鐵鹽的質(zhì)量比為1:0.01-100；示例性地，所述鎳鹽和鐵鹽的質(zhì)量比可以為1:0.01、1:0.1、1:0.5、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:20、1:50、1:100等等。
16、進(jìn)一步，當(dāng)所述過渡金屬鹽選自鈷鹽和鐵鹽時(shí)，所述鈷鹽和鐵鹽的質(zhì)量比為1:0.01-100；示例性地，所述鈷鹽和鐵鹽的質(zhì)量比可以為1:0.01、1:0.1、1:0.5、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:20、1:50、1:100等等。
17、進(jìn)一步，當(dāng)所述過渡金屬鹽選自鎳鹽、鈷鹽和鐵鹽時(shí)，所述鎳鹽、鈷鹽和鐵鹽的質(zhì)量比為1:0.01-100:0.01-100；優(yōu)選地，所述鎳鹽、鈷鹽和鐵鹽的質(zhì)量比為1:0.1-10:0.5-10。
18、進(jìn)一步，當(dāng)所述過渡金屬鹽中包括含碳元素過渡金屬鹽和不含碳元素過渡金屬鹽時(shí)，所述含碳元素過渡金屬鹽和不含碳元素過渡金屬鹽的質(zhì)量比為0.1-20:1；示例性地，所述含碳元素過渡金屬鹽和不含碳元素過渡金屬鹽的質(zhì)量比可以為0.1:1、0.25:1、0.5:1、0.625:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1等等。
19、進(jìn)一步，焙燒氣氛選自空氣氣氛、惰性氣氛和h2/惰性氣體混合氣氛中的一種。需要說明的是，當(dāng)焙燒氣氛為空氣氣氛時(shí)，制備催化劑的工藝可以看作是一種燃燒法工藝，即過渡金屬鹽在空氣氛圍中進(jìn)行燃燒分解，在此過程中可通過靈活調(diào)整金屬鹽原料和焙燒溫度來獲得碳分散金屬納米催化劑，即含碳元素的金屬鹽原料在焙燒過程中部分碳元素會(huì)發(fā)生碳化并包覆在納米顆粒周圍，對(duì)納米顆粒進(jìn)行分散防止其聚集成大顆粒，從而促進(jìn)催化位點(diǎn)的暴露和提高催化活性。當(dāng)焙燒氣氛為惰性氣氛時(shí)，制備催化劑的工藝可以看作是一種分解法工藝，即過渡金屬鹽在無氧或少氧的氣氛中加熱分解，在此過程中，含碳元素的金屬鹽原料經(jīng)過碳化后生成的碳可以很好的保留下來，對(duì)金屬納米顆粒進(jìn)行分散，避免產(chǎn)生的碳因氧氣的存在燃燒生成二氧化碳而丟失；當(dāng)焙燒氣氛中含有部分還原氣h2時(shí)，分解產(chǎn)生的納米金屬氧化物可以進(jìn)一步還原成金屬單質(zhì)或金屬合金化合物，降低碳氧化物產(chǎn)量，提高氫氣選擇性。
20、進(jìn)一步，所述惰性氣氛選自氮?dú)狻鍤夂秃庵械囊环N或多種。
21、為實(shí)現(xiàn)上述第二個(gè)目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案包括：
22、本專利技術(shù)公開一種金屬納米催化劑，采用如上所述的制備方法制備得到。
23、進(jìn)一步，所述金屬納米催化劑的粒徑為1-500nm。
24、為實(shí)現(xiàn)上述第三個(gè)目的，本專利技術(shù)所采用的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種金屬納米催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述過渡金屬鹽選自鎳鹽、鈷鹽和鐵鹽中的一種或多種；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，當(dāng)所述過渡金屬鹽中包括含碳元素過渡金屬鹽和不含碳元素過渡金屬鹽時(shí)，所述含碳元素過渡金屬鹽和不含碳元素過渡金屬鹽的質(zhì)量比為0.1-20:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，焙燒氣氛選自空氣氣氛、惰性氣氛和H2/惰性氣體混合氣氛中的一種。
5.一種金屬納米催化劑，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬納米催化劑，其特征在于，所述金屬納米催化劑的粒徑為1-500nm。
7.如權(quán)利要求5或6所述的金屬納米催化劑在催化分解有機(jī)固體廢棄物中的應(yīng)用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用具體為：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述有機(jī)固體廢棄物選自農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物、廢棄塑料、纖維素、半纖維素、木質(zhì)
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述金屬納米催化劑與有機(jī)固體廢棄物的摻混質(zhì)量比為0.05-30:1。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種金屬納米催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述過渡金屬鹽選自鎳鹽、鈷鹽和鐵鹽中的一種或多種；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，當(dāng)所述過渡金屬鹽中包括含碳元素過渡金屬鹽和不含碳元素過渡金屬鹽時(shí)，所述含碳元素過渡金屬鹽和不含碳元素過渡金屬鹽的質(zhì)量比為0.1-20:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，焙燒氣氛選自空氣氣氛、惰性氣氛和h2/惰性氣體混合氣氛中的一種。
5.一種金屬納米催化劑，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法制備...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬望京，趙俊，趙濉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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