方法技术

本发明专利技术提供了用于生产包含氢的气态产物的方法，所述方法包括在固体催化剂的存在下将气态烃暴露于微波辐射，其中所述催化剂包含负载在包含陶瓷材料或碳或其混合物的载体上的至少一种铁物质。还提供了多相混合物，其包含与气态烃呈紧密混合物的固体催化剂，其中所述催化剂包含负载在包含陶瓷材料或碳或其混合物的载体上的至少一种铁物质。还提供了所述混合物用于生产氢的用途、包含所述混合物的微波反应器以及包括(i)燃料电池和(ii)如本文所述的多相混合物的燃料电池模块、以及包括所述燃料电池模块的车辆或电子装置。料电池模块的车辆或电子装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】方法
[0001]介绍
[0002]本专利技术涉及用于由气态烃生产包含氢的气态产物的方法。特别地，本专利技术的方法提供了用于使气态烃分解以提供高纯度氢气(适当地具有极少的碳副产物(例如CO2、CO和少的烃))的催化方法。

技术介绍

[0003]当今，世界上不断增长的能源需求仍然几乎完全基于化石燃料，不仅是因为其无与伦比的能量携带特性，而且还因为在过去的一个世纪里发展起来的世界能源基础设施的需求。
[0004]氢被认为是未来的关键能源解决方案之一(1至5)，不仅是因为其每单位质量密集的能量密度，而且还因为其燃烧不产生对环境有害的二氧化碳。因此，规避了捕集这种副产物的问题(1至5)。
[0005]然而，氢的制造、输送和储存系统的成本是阻碍基于氢的经济的发展的主要障碍(1，6至12)。迄今在工业中用于生产氢的最有效且广泛使用的方法是基于化石燃料的，例如通过甲烷的蒸汽转化或部分氧化，以及在较小程度上通过煤的气化(3，12至14)。然而，与烃的燃烧一样，所有这些由烃制造氢的常规选择均涉及CO2产生，这在环境方面是不期望的。因此，需要像碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage，CCS)和碳捕集与利用(Carbon Capture and Utilization，CCU)一样的技术来控制CO2水平(1,15)。
[0006]可以利用太阳能通过水的裂解来产生增加量的氢，但是即使水的光催化或电解分解可以得到大大改善以产生大量的氢，例如在应用(例如燃料电池)中其安全存储和快速释放以立即使用的问题仍是问题(1，12)。
[0007]需要用于从合适的含氢材料中快速释放高纯度氢而不产生对环境有害的二氧化碳的原位方法。
[0008]最近的发展已经发现使用蜡或液体烃作为储氢材料以通过微波辅助催化分解而快速释放富氢气体(16,17)。
[0009]本专利技术力图提供用于由气态烃原位产生氢的简单且紧凑的技术。本专利技术旨在提供具有极少产生的二氧化碳的高纯度氢。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供了用于利用微波的辅助由气态烃生产氢的简单且紧凑的方法。这允许生产具有极少的碳副产物(例如CO2、CO和少的烃)的高纯度氢。
[0011]因此，在第一方面中，本专利技术提供了用于生产包含氢的气态产物的方法，所述方法包括在固体催化剂的存在下将气态烃暴露于微波辐射，
[0012]其中所述催化剂包含负载在包含陶瓷材料或碳或其混合物的载体上的至少一种铁物质。
[0013]在第二方面中，本专利技术提供了多相混合物(heterogeneous mixture)，其包含与气
态烃呈紧密混合物的固体催化剂，其中所述催化剂包含负载在包含陶瓷材料或碳或其混合物的载体上的至少一种铁物质。
[0014]在第三方面中，本专利技术提供了第二方面的多相混合物用于产生氢的用途。
[0015]在第四方面中，本专利技术提供了包含多相混合物的微波反应器，所述混合物包含与气态烃呈紧密混合物的固体催化剂，其中所述催化剂包含负载在包含陶瓷材料或碳或其混合物的载体上的至少一种铁物质。
[0016]在第五方面中，本专利技术提供了燃料电池模块，其包括(i)燃料电池和(ii)多相混合物，所述多相混合物包含与气态烃呈紧密混合物的固体催化剂，其中所述催化剂包含负载在包含陶瓷材料或碳或其混合物的载体上的至少一种铁物质。
[0017]本专利技术的任一特定方面的优选的、适当的和任选的特征也是任何其他方面的优选的、适当的和任选的特征。
附图说明
[0018]图1示出了在微波辐射下在5重量％Fe/SiC催化剂上甲烷脱氢的结果。在750W微波输入功率的情况下在20ml/分钟的气流量下确定作为时间的函数的氢选择性(体积％)和甲烷转化率(％)。
[0019]图2示出了在微波辐射下在Fe
‑
Al2O3‑
C催化剂上甲烷脱氢的结果(重量比：Fe:Al:C＝65:30:5))。在750W微波输入功率的情况下在20ml/分钟的气流量下确定作为时间的函数的氢选择性(体积％)和甲烷转化率(％)。
[0020]图3示出了Fe
‑
Al2O3‑
C催化剂在反应之前和之后的XRD图谱比较。
[0021]图4示出了所制备的Fe
‑
Al2O3‑
C催化剂的SEM图像。
[0022]图5a和图5b示出了用过的Fe
‑
Al2O3‑
C催化剂在不同放大倍数下的SEM图像。
具体实施方式
[0023]定义
[0024]如本文所用，术语“气态产物”是指在标准环境温度和压力(standard ambient temperature and pressure，SATP)下，即在298.15K(25℃)的温度下和在100000Pa(1巴，14.5psi，0.9869个大气压)下为气态的产物。
[0025]如本文所用，术语“气态烃”是指在标准环境温度和压力(SATP)下，即在298.15K(25℃)的温度下和在100000Pa(1巴，14.5psi，0.9869个大气压)下为气态的烃。实例包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。
[0026]如本文所用，术语“烃”是指由碳和氢组成的有机化合物。
[0027]为避免疑义，烃包括直链和支链的、饱和和不饱和的脂族烃化合物，包括烷烃、烯烃和炔烃；以及饱和和不饱和的环状脂族烃化合物，包括环烷烃、环烯烃和环炔烃；以及烃聚合物，例如聚烯烃。
[0028]烃还包括芳族烃，即包含一个或更多个芳族环的烃。芳族环可以为单环或多环的。
[0029]术语“烃”(这样的化合物仅由碳和氢组成)当然还包括经一种或更多种芳族烃取代的脂族烃以及经一种或更多种脂族烃取代的芳族烃，同样包括经一种或更多种环状脂族烃取代的直链或支链的脂族烃以及经一种或更多种直链或支链的脂族烃取代的环状脂族
烃。
[0030]“C
n
‑
m
烃”或“C
n
‑
C
m
烃”或“Cn
‑
Cm烃”(其中n和m是整数)是具有n至m个碳原子的如上定义的烃。例如，C1‑
150
烃是具有1至150个碳原子的如上定义的烃，C5‑
60
烃是具有5至60个碳原子的如上定义的烃。
[0031]如本文所用，术语“烷烃”是指线性或支链的饱和烃化合物。烷烃的实例为例如丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷和十四烷。烷烃例如二甲基丁烷可以为该化合物的可能的异构体中的一者或更多者。因此，二甲基丁烷包括2,3
‑
二甲基丁烷和2,2
‑
二甲基丁烷。这也适用于本文提及的所有烃化合物，包括环烷烃、烯烃、环烯烃。
[0032]如本文所用，术语“环烷烃”是指饱和环状脂族烃化合物。环烷烃的实例包括：环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷、甲基环戊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产包含氢的气态产物的方法，所述方法包括在固体催化剂的存在下将气态烃暴露于微波辐射，其中所述催化剂包含负载在包含陶瓷材料或碳或其混合物的载体上的至少一种铁物质。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述铁物质选自单质铁、铁合金、铁氧化物、铁碳化物和铁氢氧化物。3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述铁物质选自单质Fe、铁氧化物及其混合物。4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述至少一种铁物质由单质金属、金属氧化物或其混合物的混合物组成。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述载体包含陶瓷材料。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述陶瓷材料为非含氧陶瓷。7.根据权利要求5所述的方法，其中陶瓷材料选自碳化硅、碳化硼、碳化钨、碳化锆、碳化铝、氮化铝和氮化硅。8.根据权利要求5所述的方法，其中所述陶瓷材料为金属或准金属氧化物。9.根据权利要求5所述的方法，其中所述陶瓷材料选自铝、硅、钛或锆的氧化物及其混合物。10.根据权利要求5所述的方法，其中所述陶瓷材料选自铝氧化物、硅氧化物和碳化硅。11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述载体包含碳材料。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述碳材料选自活性炭、石墨烯、石墨、炭黑和碳纳米颗粒(例如碳纳米管)。13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述催化剂包括负载在碳化硅上的单质Fe、负载在Al2O3上的单质Fe、负载在SiO2上的单质Fe。14.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：牛津大学创新有限公司，
类型：发明
国别省市：