用于制备碳的催化剂和制备碳的方法技术

一种生产碳的催化剂，该催化剂通过与含有碳源的混合气体接触生产碳，它主要由至少镍或钴和加入其中的一种碱金属元素组成；和一种通过将主要由至少镍或钴和加入其中的一种碱金属元素组成的催化剂与含有碳源的混合气体接触来生产碳的方法。使用本发明专利技术的催化剂可将最适催化温度从５１０—５２０降至４１０—４３０℃，将最大转化率从６．８％提高至１８．０％，并且与使用简单的钴催化剂相比可提高平均转化率和碳沉积量。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于制备碳的催化剂和制备碳的方法本专利技术涉及用于从含有碳源的混合气体制备碳的催化剂。通常，诸如石墨的碳材料是通过在常压下在惰性气氛中加热有机化合物进行炭化或通过烃气体的不完全燃烧制备的。但是，考虑到原材料即烃气体的短缺，通过烃气体的燃烧制备碳的途径存在问题，这样会导致资源的消耗，或由烃气体燃烧产生的二氧化碳造成的温室效应。在全球范围内普遍希望减少二氧化碳的排放，降低温室效应。为了有效利用二氧化碳，已经存在一种使用金属催化剂从二氧化碳生产碳的方法。例如，日本专利公开第63-104652(1988)号公开了一种用过渡金属的催化剂，例如Fe，Ni或Co从二氧化碳气体和氢气生产碳的方法。但是，这种过渡金属催化剂存在碳产率低的问题。为解决这一问题，虽然日本专利公开第63-104652号公开了一种通过氧化提高过渡金属催化剂的表面积从而改善碳产率的方法，但是这种催化剂的催化能力并没有显著改善。而且，这一方法需要900至1000℃的高温反应。考虑到能量的有效利用这一方法存在不足。因而，本专利技术的一个目的是改善用于生产碳的主要由过渡金属组成的催化剂的碳产率。本专利技术提供了一种用于生产碳的催化剂，它通过与含有碳源的混合气体接触被用于碳的生产。该催化剂主要由至少镍或钴和加入其中的一种碱金属元素组成。该碱金属元素的一个优选的例子是钾。这种用于生产碳的主要由至少镍或钴组成的催化剂通过加入碱金属元素与常规的过渡金属催化剂相比改善了碳的产率。本专利技术也提供了一种通过将本专利技术的上述催化剂与含有碳源的混合-->气体接触生产碳的方法。当使用主要由钴和作为碱金属元素加入其中的钾组成的催化剂时，反应温度优选为350至550℃，更优选为410至430℃。当使用主要由镍和作为碱金属元素加入其中的钾组成的催化剂时，反应温度优选为400至610℃，更优选为480至600℃。在碳的生产中，被用作反应气体的混合气体的例子含有二氧化碳作为碳源。通过将二氧化碳用作碳源，有可能克服温室效应。作为可以替代的方案，也可使用其它的碳化合物作为碳源。当使用的碳源中含有二氧化碳时，混合气体最好还含有一种还原剂，通过催化反应还原二氧化碳并生成碳。还原剂的一个例子是氢。也可使用其它的还原剂。通过参照附图对本专利技术的详细描述，本专利技术的其它目的，特点，方面和优点将显而易见。附图简要说明：图1是显示用于测定碳产率的装载有生产碳的催化剂的固定床反应器的流程图；图2A至2E显示第二个对比实施例中二氧化碳转化成各个产物的转化率，这是通过用钴金属粉末催化剂(a)重复升高温度5次得到的，以及温度变化次数；图3A至3C显示第二个对比实施例中二氧化碳转化成碳，甲烷和一氧化碳的转化率，这是通过重复升高温度5次得到的，图3D显示总的转化率；图4显示第三个对比实施例中二氧化碳转化成各个产物的反应时间和转化率，这是通过使用钴金属粉末催化剂(a)得到的；图5显示第四个对比实施例中通过使用钴金属粉末催化剂(a)和改变空速得到的碳沉积量和平均转化率；图6显示第五个对比实施例中通过使用镍金属粉末催化剂(b)得到的二氧化碳转化成各个产物的反应时间和转化率；图7显示得六个对比实施例中通过使用镍金属颗粒催化剂(c)得到的二氧化碳转化成各个产物的反应时间和转化率；-->图8A至8E显示第一个实施例中二氧化碳转化成各个产物的转化率，这是通过用加入1％钾的钴催化剂(A)重复升高温度5次得到的，以及温度变化次数；图9A至9C显示第一个实施例中二氧化碳转化成碳，甲烷和一氧化碳的转化率，这是通过重复升高温度5次得到的，图9D显示总的转化率；图10A至10E显示第二个实施例中二氧化碳转化成各个产物的转化率，这是通过用加入1％钾的镍催化剂(B)重复升高温度5次得到的，以及温度变化次数；图11A至11C显示第二个实施例中二氧化碳转化成碳，甲烷和一氧化碳的转化率，这是通过重复升高温度5次得到的，图11D显示总的转化率；图12显示在第三个实施例中二氧化碳转化成各个产物的反应时间和转化率，这是通过使用加入1％钾的钴金属粉末催化剂(A)得到的；图13显示在第四个实施例中在其它条件下二氧化碳转化成各个产物的反应时间和转化率，这是通过使用加入1％钾的钴金属粉末催化剂(A)得到的；图14显示在第五个实施例中在其它条件下二氧化碳转化成各个产物的反应时间和转化率，这是通过使用加入1％钾的钴金属粉末催化剂(A)得到的；图15显示在第六个实施例中在其它条件下二氧化碳转化成各个产物的反应时间和转化率，这是通过使用加入1％钾的钴金属粉末催化剂(A)得到的；图16显示在第八个实施例中在其它条件下二氧化碳转化成各个产物的反应时间和转化率，这是通过使用加入1％钾的钴金属粉末催化剂(A)得到的；图17显示在第九个实施例中在其它条件下二氧化碳转化成各个产物的反应时间和转化率，这是通过使用加入1％钾的钴金属粉末催化剂(A)得到的；图18显示在第十个实施例中在其它条件下二氧化碳转化成各个产-->物的反应时间和转化率，这是通过使用加入1％钾的钴金属粉末催化剂(A)得到的；图19显示在第十一个实施例中二氧化碳转化成各个产物的反应时间和转化率，这是通过使用加入1％钾的镍催化剂(B)得到的；图20显示在第十二实施例中使用加入1％钾的镍颗粒催化剂(C)得到的二氧化碳转化成各个产物的转化率。图1是显示用于测定碳产率的本专利技术的装载有生产碳的催化剂的固定床反应器的流程图。提供一个氢气柱2，一个二氧化碳柱4和一个氮气柱6用作气源，并与一个气体混合器8连接，将二氧化碳气，氢气和氮气以预定的比率混合。将气体混合器8中制备的混合气体通入石英反应管10。反应管10中被装入主要由钴或镍组成的催化剂。反应管10中装入的玻璃珠或玻璃棉将催化剂12固定。一个加热炉14将反应管10加热至预定的温度。流经反应管10的气体可在任何时间通过开关阀门18被放入或被转换进气相色谱16。气相色谱16测定一氧化碳，二氧化碳，氮气和甲烷的浓度。下面描述实施例和对比实施例中使用的催化剂及其制备方法。纯度为99.0％的钴金属粉末，纯度为99.0％的镍金属粉末，纯度为90％以及16-62μm粒径的钴金属粉末，和纯度为99.0％的硝酸钾被用作试剂。(示例性催化剂1)钴金属粉末催化剂(a)钴金属粉末被用作这种钴金属粉末催化剂(a)。(示例性催化剂2)镍金属粉末催化剂(b)镍金属粉末被用作这种镍金属粉末催化剂(b)。(示例性催化剂3)镍金属颗粒催化剂(c)镍金属颗粒被用作这种镍金属颗粒催化剂(c)。(示例性催化剂4)加入1％钾的钴催化剂(A)适量的硝酸钾被放入玻璃容器内并加入去离子水溶解。向该溶液中加入钴金属粉末，使硝酸钾中的钾与催化剂的总重量的重量比率为1％，-->并将混合物在超声波清洗器中用超声波搅拌15分钟，之后在热板上干燥4小时。然后将干燥的催化剂转移到陶瓷盘上，并在一个大气压，焙烧温度350℃和焙烧时间4小时的条件下在一个电炉中焙烧。(示例性催化剂5)加入1％钾的镍催化剂(B)适量的硝酸钾被放入玻璃容器内并加入去离子水溶解。向该溶液中加入镍金属粉末，使硝酸钾中的钾与催化剂的总重量的重量比率为1％，并将混合物在超声波清洗器中用超声波搅拌15分钟，之后在热板上干燥4小时。然后将干燥的催化剂转移到陶瓷盘上，并在一个大气压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产碳的催化剂，该催化剂通过与含有碳源的混合气体接触生产碳，它主要由至少镍或钴和加入其中的一种碱金属元素组成。

【技术特征摘要】
JP 1999-5-24 143081/19991.一种生产碳的催化剂，该催化剂通过与含有碳源的混合气体接触生产碳，它主要由至少镍或钴和加入其中的一种碱金属元素组成。2.按照权利要求1所述的催化剂，它主要由钴和加入其中的作为所说的碱金属元素的钾组成。3.按照权利要求1所述的催化剂，它主要由镍和加入其中的作为所说的碱金属元素的钾组成。4.一种通过将主要由至少镍或钴和加入其中的一种碱金属元素组成的催化剂与含有碳源的混合气体接触来生产碳的方法。5.按照权利要求4所述的生产碳的方法，其中，所说的催化剂主要由钴和加入其中的作为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：滝田祐作，大田昌昭，吉濑良文，
申请(专利权)人：财团法人地球环境产业技术研究机构，株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]