一种含碳固体制氢的方法技术

本发明专利技术属于能源再生技术领域，具体公开了一种含碳固体制氢的方法。该方法以含碳固体为原料，包括连续进行的两段微波催化处理。本发明专利技术提供的基于微波技术的高效且低碳的制氢方法，通过催化剂与微波的相互作用，可以实现高选择性、高效且完全的脱氢处理，实现了从含碳固体制备高纯氢气，且不产生有害物质，低排放，是一种绿色低碳的制氢方法。是一种绿色低碳的制氢方法。

【技术实现步骤摘要】
一种含碳固体制氢的方法


[0001]本专利技术属于能源再生领域，尤其涉及一种以含碳固体为原料制氢的方法。

技术介绍

[0002]对于未来氢能的需求，科学家一直在寻找氢含量高且稳定的储氢材料。含碳固体是一种富含氢元素的固体原材料，包括但不限于聚烯烃塑料，生物质，人造有机高分子聚合物，生物炭，煤，沥青，焦炭，石蜡，化学纤维，轮胎，医疗废弃物，生活垃圾等。有选择性的提取含碳固体中的氢气是一个巨大的挑战。
[0003]例如聚丙烯塑料是一种难以被降解，且遗弃率高的塑料垃圾。目前，处理聚丙烯塑料方法为焚烧或填埋，均为高排放、高污染的处理方法。因此，环保高效的创新工艺方法是处理聚丙烯塑料的急切需求。对于从聚丙烯塑料制氢的方法，研究人员开发了重整和热裂解
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重整的多步反应流程，但是重整反应和热裂解反应均需要较高的反应温度，且产生的氢气多为氢气和一氧化碳的合成器；并且产生大量的二氧化碳排放。
[0004]再比如，当前城市生活垃圾的处理，主要集中在无害化、减量化的处理。我国最常见的生活垃圾处理方法是垃圾卫生填埋法。但是，这些生活垃圾大多没有经过分类或者无害化处理，里面常掺杂有毒害性的物质和其他可回收利用的物质。这些垃圾不经处理，直接填埋，既会造成严重的二次污染，又会造成部分可利用资源的浪费，同时还增大填埋处理量，缩短填埋场的使用寿命，造成不必要的经济损失。
[0005]生物质废弃物虽然具备环境友好的特点，但是其降解需要时间，将其废弃会对环境产生影响，并造成生物质资源的浪费。如何利用这些废弃物资源是急切需要解决的问题。目前，处理生物质的方法主要包括气化法、热解重整法等基于化学转化的方法。另外，也可通过光解水制氢、光发酵制氢、暗发酵制氢以及光暗耦合发酵制氢等生物法实现从生物质废弃料中制氢。但是，因为生物质结构的复杂性，以生物质为原料制氢，通常需要多步复杂的反应路径，再把中间产物进行重整反应制备氢气。随着近年来微波热解技术的发展，研究人员开发了利用微波热解技术处理生物质废料的技术，同时也证明了相比于传统热解技术，微波热解具有快速，高氢气产率的特点。但是，单纯的微波热解处理，会产生大量的生物质油且副产物分布广泛，大大降低了氢气产率，难以利用。
[0006]因此，亟需开发以含碳固体为原料高产量制备氢气的方法，同时避免二氧化碳的大量排放。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种通过微波催化脱氢从含碳固体中制氢的方法。该方法基于微波催化脱氢技术，从含碳固体分解制备得到高纯氢气，过程中不产生二氧化碳排放或其他有害物质排放，提供了一种绿色制氢方法和清洁的处理含碳固体的方法。
[0008]具体而言，本专利技术提供了一种含碳固体制氢的方法，所述方法以含碳固体为原料，
包括两段微波催化处理，其中：
[0009]第一段微波催化是在催化剂A的作用下，对含碳固体原料进行一次微波处理，生成混合气体；
[0010]第二段微波催化是在催化剂B的作用下，对第一段微波催化获得的混合气体进行二次微波处理，生成含氢气体；
[0011]所述催化剂A和/或所述催化剂B选自碳材料、过渡金属材料和以碳材料为载体的过渡金属材料；所述催化剂A和催化剂B的组成相同或不同。
[0012]在一些实施方式中，所述碳材料选自碳黑、活性炭和碳化硅。
[0013]在一些实施方式中，所述过渡金属材料包括钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼和钨系金属材料中的至少一种。
[0014]在一些优选实施方式中，所述过渡金属材料选自铁镍系金属材料、钼系化合物或铬系化合物。
[0015]其中，所述铁镍系金属材料选自金属铁、氧化亚铁、氧化铁、碳化铁、四氧化三铁、金属镍、氧化镍、铁镍合金和混合铁镍氧化物中的一种或者多种。所述钼系化合物选自氧化钼或碳化钼。所述铬系化合物选自铬氧化合物或碳化铬。
[0016]在一些实施方式中，所述催化剂A为铁镍系金属材料或以碳材料为载体的铁镍系金属材料。
[0017]优选地，所述催化剂A为金属铁、氧化铁、铁镍合金或以碳材料为载体的金属铁、氧化铁或铁镍合金。
[0018]在一些实施方式中，所述催化剂B为碳材料、铁镍系金属材料或以碳材料为载体的铁镍系金属材料。
[0019]优选地，所述催化剂B为碳材料、金属铁、氧化铁、铁镍合金或以碳材料为载体的金属铁、氧化铁或铁镍合金。
[0020]在一些实施方式中，所述含碳固体包括聚烯烃塑料、生物质、人造有机高分子聚合物、生物炭、煤、沥青、焦炭、石蜡、化学纤维、轮胎、医疗废弃物、生活垃圾中的至少一种。
[0021]在一些优选实施方式中，所述含碳固体选自聚丙烯塑料、生活垃圾和生物质。
[0022]其中，所述生活垃圾包括腐殖质、金属物品、塑料物品、纸类物品、玻璃、皮制品、布类物品、灰土渣和木材类物品，优选腐殖质含量范围为5～50wt％，金属物品含量范围为0～10wt％、塑料物品含量范围为5～50wt％、纸类物品含量范围为0～30wt％、玻璃含量范围为0～10wt％、皮制品含量范围为0～10wt％、布类物品含量范围为0～10wt％、灰土渣含量范围为0～30wt％，木材类物品含量范围为0～30wt％。
[0023]所述生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。代表性的生物质包括农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。生物质包括但不限于：生物能作物、农业残余物、来自造纸业的淤渣、庭园垃圾、木材和林业垃圾。生物质的实例包括但不限于：玉米粒、玉米芯、作物残余物如秸秆、玉米壳、玉米纤维、草、小麦、干草、稻秆、柳枝稷、废纸、蔗渣、高粱杆、大豆外壳或杆、获取自谷物、树、枝、根、叶、木屑、锯末、灌木及矮树丛、蔬菜、水果、花和反刍动物动物粪肥的研磨物的组分。
[0024]优选地，所述生物质原料选自秸秆、木屑、落叶、淀粉和纸屑。
[0025]在一些实施方式中，作为载体的碳材料与其上负载的金属材料的质量比为(0.1～
10)：1，优选为(0.1～5)：1。
[0026]在一些实施方式中，所述方法中含碳固体与所述催化剂A的质量比为(0.5～10)：1。
[0027]在一些实施方式中，采用的催化剂A与催化剂B的质量比为(1～5)：(1～2)。
[0028]在一些实施方式中，第一段微波催化处理的功率为500～8000W，优选为1000～6000W；
[0029]第二段微波催化处理采用500～8000W的功率，优选功率为1000～6000W，或者，第二段微波催化处理的温度为600～1000℃。
[0030]在一些实施方式中，第一段和/或第二段微波催化处理的频率为0.3～3GHz，优选为2.45GHz或915MHz。
[0031]在一些实施方式中，所述第一段微波催化处理的时间为20～60min，和/或，所述第二段微波催化处理的时间为20～60min。
[0032]在一些实施方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含碳固体制氢的方法，其特征在于，所述方法以含碳固体为原料，包括两段微波催化处理，其中：第一段微波催化是在催化剂A的作用下，对含碳固体原料进行一次微波处理，生成混合气体；第二段微波催化是在催化剂B的作用下，对第一段微波催化获得的混合气体进行二次微波处理，生成含氢气体；所述催化剂A和/或所述催化剂B选自碳材料、过渡金属材料和以碳材料为载体的过渡金属材料；所述催化剂A和催化剂B的组成相同或不同。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳材料选自碳黑、活性炭和碳化硅；和/或，所述过渡金属材料包括钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼和钨系金属材料中的至少一种；优选地，所述过渡金属材料选自铁镍系金属材料、钼系化合物或铬系化合物；其中，所述铁镍系金属材料选自金属铁、氧化亚铁、氧化铁、碳化铁、四氧化三铁、金属镍、氧化镍、铁镍合金和混合铁镍氧化物中的一种或者多种；和/或，所述钼系化合物选自氧化钼或碳化钼；和/或，所述铬系化合物选自铬氧化合物或碳化铬。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述催化剂A为铁镍系金属材料或以碳材料为载体的铁镍系金属材料，优选为金属铁、氧化铁、铁镍合金或以碳材料为载体的金属铁、氧化铁或铁镍合金；所述催化剂B为碳材料、铁镍系金属材料或以碳材料为载体的铁镍系金属材料，优选为碳材料、金属铁、氧化铁、铁镍合金或以碳材料为载体的金属铁、氧化铁或铁镍合金。4.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述含碳固体包括聚烯烃塑料、生物质、人造有机高分子聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兆熙，介翔宇，
申请(专利权)人：武汉新碳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：