一种甲醇产氢气的方法技术

本发明专利技术公开了一种甲醇产氢气的方法，属于化学技术领域。所述方法是以磷化镍/硫化镉材料作为催化剂，将甲醇光催化转化为H

【技术实现步骤摘要】
一种甲醇产氢气的方法
本专利技术涉及一种甲醇产氢气的方法，属于化学

技术介绍
环境污染和可持续的绿色能源供应是当今时代全球面临的主要挑战性难题之一。氢气(H2)被认为是工业和日常生活中最绿色的能源，近年来，光催化、电催化和热催化制氢得到了广泛的研究。在上述的产氢技术中，太阳光能是一种丰富、易得的自然能源，在促进环境友好型光化学反应的进行方面拥有巨大的潜力，所以利用光催化技术产生氢能是极具竞争力的。甲醇(CH3OH)是最简单的醇类之一，可以从各种碳源如天然气、页岩气、煤、生物质和二氧化碳中容易地生产出来，并且以其良好的储氢能力(12.6％)、易储存、可再生等优点，作为一种极具发展前景的储氢材料受到了广泛的关注。过去几十年，甲醇主要通过热催化里甲醇重整(CH3OH+H2O→CO2+H2)和纯甲醇分解(CH3OH→CO+2H2)来转化为氢气。这两种方法是化学工业和氢燃料电池动力装置的基本手段。迄今为止，甲醇重整的催化剂有Pt/Al2O3，Cu/Zn/Al2O3-based，Pt/α-MoC。然而，这些过程的通常条件通常包括高压(20bar)和高温(150℃)、贵金属催化剂和生成COx引起的催化剂中毒。所以需要设计新型甲醇产氢催化剂以及优化甲醇产氢的条件。作为一种替代方法，光催化被认为是最有前途的甲醇分解产生H2的方法之一。在光催化驱动反应过程中，受到光激发的半导体内部产生的光生载流子是高能量的，可以局部驱动热催化很难或不可能完成的反应。与其他工业过程相比，光催化甲醇转化是一种有前途的过程，具有温和的操作条件(室温和环境压力)和廉价的能源(光/阳光)等。现有文献报道，大多数光催化反应体系中甲醇一般作为作为空穴清除剂，促进水溶液中光催化制氢能。值得注意的是，甲醇被用作空穴牺牲剂，其主要氧化产物如醛。可以进一步氧化为羧酸，一氧化碳(CO)或二氧化碳。此外，由于甲醇还包含氢源，因此不确定系统中产生的氢是否完全来源于水。因此，探索一种在温和的条件下将甲醇直接脱氢成无水甲醛(CH3OH→HCHO+H2)的催化剂至关重要，光催化剂应该能够从甲醇而不是水中提取氢，以实现化学计量的甲醇分解。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术采用磷化镍/硫化镉光催化剂(NixP/CdS)，在室温下有效地将甲醇光催化转化为H2。光催化甲醇分解制氢速率达到约8209.09μmolg-1h-1，并且在实际太阳光下同样具有较高的光催化甲醇产氢活性，表明了工业上该复合光催化剂甲醇制氢的可行性。并且通过气相色谱和紫外-可见光全光谱对反应生成的气体和反应后的溶液进行表征，得到了光催化甲醇产氢的产物为氢气和甲醛，提高了工业价值。本专利技术提供了一种甲醇产氢气的方法，所述方法是以磷化镍/硫化镉材料作为催化剂，将甲醇光催化转化为H2。在本专利技术的一种实施方式中，所述反应为：CH3OH→HCHO+H2。在本专利技术的一种实施方式中，所述反应条件为：反应温度为20-80℃。在本专利技术的一种实施方式中，在黑暗条件下，反应温度为50-80℃。在本专利技术的一种实施方式中，在光照条件下，反应温度为20-80℃，优选地，反应温度为40-80℃。在本专利技术的一种实施方式中，光的波长范围为200-1300nm。在本专利技术的一种实施方式中，能提供相应波长光的均可以作为光源，可以是太阳光，也可以是人造光源，比如氙灯、紫外灯、LED灯、激光等。对光的强度没有特殊要求，光强度大的，沉积速度快些。在本专利技术的一种实施方式中，采用光化学沉积法制备磷化镍/硫化镉光催化剂。在本专利技术的一种实施方式中，所述磷化镍/硫化镉光催化剂的制备方法是：将硫化镉加入到反应容器中，然后添加分散在溶剂中的氯化镍和次亚磷酸盐，混合均匀后除去反应体系中的氧气，然后后置于光照下搅拌反应，生成磷化镍/硫化镉光催化剂。在本专利技术的一种实施方式中，光照时间为5-60min，优选地，光照时间为20-40min。本专利技术提供了一种上述方法方法在化工和氢燃料电池方面的应用。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术首次探究了在温和的光催化条件下将纯甲醇直接脱氢，实现甲醇的化学计量分解(CH3OH→HCHO+H2)，解决了传统工艺中甲醇催化转化反应条件苛刻的问题，为工业应用提供了可能。(2)本专利技术采用磷化镍/硫化镉光催化剂(NixP/CdS)，在室温下有效地将甲醇光催化转化为H2。光催化甲醇分解制氢速率达到约8209.09μmolg-1h-1，并且在实际太阳光下同样具有较高的光催化甲醇产氢活性，表明了工业上该复合光催化剂甲醇制氢的可行性。并且通过气相色谱和紫外-可见光全光谱对反应生成的气体和反应后的溶液进行表征，得到了光催化甲醇产氢的产物为氢气和甲醛，提高了工业价值。附图说明图1是NixP-30/CdS复合催化剂在不同加热温度的产氢测试图；图2是NixP-30/CdS复合催化剂的边光照边加热的产氢测试图；图3是NixP-30/CdS复合催化剂室外太阳光下的光催化产氢测试图。图4是NixP-30/CdS复合催化剂在模拟太阳光下的产氢稳定性测试图；图5是硫化镉纳米球和NixP-T/CdS复合催化剂的XRD图谱；图6是CdS纳米球(a)和NixP-30/CdS(b)的TEM电镜图像，(c)NixP-30/CdS的HRTEM图像。图7是NixP-T/CdS复合催化剂的拉曼光谱；图8是NixP-T/CdS复合催化剂的X射线光电子能谱；(a)P2p，(b)Ni2p，(c)Cd3d，(d)S2p；图9是NixP-T/CdS复合催化剂在可见光下的光催化产氢测试图。具体实施方式以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本专利技术，不用于限制本专利技术。实施例1：一种甲醇产氢气的方法取5mg磷化镍/硫化镉复合催化剂置于25mL光催化反应器中，随后加入10mL无水甲醇。超声处理30s，使用氮气脱气1h排除体系中氧气，将圆底烧瓶置于300W氙光(配有420nm截止滤光片)下照射1h，反应结束后，用热导检测器对产生的氢气进行气相色谱分析(GC7920-GTF2ZA，分子筛，氩气作为载体气体)，产氢速率为8209.09μmol·g-1·h-1。实施例2：一种甲醇产氢气的方法取5mg磷化镍/硫化镉复合催化剂置于25mL光催化反应器中，随后加入10mL无水甲醇。超声处理30s，使用氮气脱气1h排除体系中氧气，将圆底烧瓶置于油浴加热(无光照)反应1h，油浴加热温度分别为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃。反应结束后，用热导检测器对产生的氢气进行气相色谱分析(GC7920-GTF2ZA，分子筛，氩气作为载体气体)，结果见图1。甲醇产氢是热催化反应，在传统工艺上的产氢条件通常包括高压(≥20bar)和高温(≥150℃)，然而，本实施例采用磷化镍/硫化镉催化剂在黑暗条件下，在20、30、40℃下都没有氢气的产生。当温度升至50℃时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲醇产氢气的方法，其特征在于，所述方法是以磷化镍/硫化镉材料作为催化剂，将甲醇光催化转化为H

【技术特征摘要】
1.一种甲醇产氢气的方法，其特征在于，所述方法是以磷化镍/硫化镉材料作为催化剂，将甲醇光催化转化为H2。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在催化剂条件下，所述反应为：CH3OH→HCHO+H2。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反应条件为：反应温度为20-80℃。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在黑暗条件下，反应温度为50-80℃。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在光照条件下，反应温度为40-80℃。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：董玉明，张飞燕，王光丽，顾丹，冷炎，张萍波，朱永法，蒋平平，李激，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32