一种微反应器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种微反应器及其制备方法和应用，该微反应器包括多孔氮化铝基体；该多孔氮化铝基体外表面包覆有无定形碳化硅；多孔氮化铝基体具有微米级大孔；微米级大孔的孔壁表面负载有碳化硅薄膜；碳化硅薄膜中负载有纳米镍颗粒。本发明专利技术制备微反应器时，首先采用共沉淀法制备氢氧化铝、氢氧化钒和氢氧化铌的共沉淀，然后在氮气气氛和碳存在的条件下将铝氮化得到掺杂钒和铌的氮化铝粉体，采用挤出成形将氮化铝粉体制备成生坯后烧结，得到该多孔氮化铝基体，该微反应器应用于将有机液态燃料转化成氢气。本发明专利技术的微反应器在短时间内将纳米镍颗粒加热至重整制氢的温度，避免了采用碳化硅作为基体需要较长的预热时间的问题。硅作为基体需要较长的预热时间的问题。硅作为基体需要较长的预热时间的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种微反应器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及微反应器，尤其涉及一种微反应器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]新源汽车采用的能源有多种。而在众多的能源中，氢能由于其质量能量密度大、储能效率高、使用过程零碳排放而得到重视。但是氢气的运输和储存安全风险非常大，一但发生事故，会产生严重的不良后果，这在很大程度上限制了携带高压氢气罐的新能源汽车的发展。
[0003]近年来，重整制氢装置的小型化使车载在线制氢成为可能，为解决汽车携带高压氢气罐问题提供了新方案。目前，甲醇重整制氢主要采用甲醇水蒸气重整制氢。甲醇水蒸气重整制氢需要将液态甲醇和去离子水加热汽化为蒸汽，然后进一步加温到250
‑
350℃的温度下发生气相重整反应，产生氢气、CO、CO2等混合气体，再经过PSA(变压吸附)纯化后才能得到纯净的氢气。为了使反应器实现和维持重整温度，对微反应器的热传导提出了较高的要求。
[0004]现有的微反应器多采用金属作为催化剂的载体，虽然热传导较好，但导致微反应器的重量过大，不利于汽车的轻量化。
[0005]申请号为2020106388158的专利公开了一种多孔碳化硅陶瓷作为甲醇水蒸气重整制氢微反应器的技术方案。该方案可降低微反应器的重量，但是由于碳化硅的导热系数相对金属较低，会使该微反应器的预热时间较长，同时也较难实现和维持重整温度的均匀性。
[0006]因此，如何提供结构简化、成本低且更加快速稳定的重整制氢用微反应器成为本领域需要解决的瓶颈技术问题。
专利
技术实现思路

[0007]专利技术目的：为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种微反应器及其制备方法和应用，进而在短时间内将纳米镍颗粒加热至重整制氢的温度，实现高效连续重整制氢。
[0008]技术方案：本专利技术微反应器包括多孔氮化铝基体；该多孔氮化铝基体外表面包覆有无定形碳化硅；多孔氮化铝基体具有微米级大孔；微米级大孔的孔壁表面负载有碳化硅薄膜；碳化硅薄膜中负载有纳米镍颗粒。
[0009]该多孔氮化铝基体掺杂有0.2
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0.5at％的铌和0.1
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0.3at％的钒：氮化铝基体的显气孔率为30
‑
70％；微米级大孔的孔径为20
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100微米；纳米镍颗粒的粒径为2
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100纳米。
[0010]本专利技术微反应器的制备方法包括以下步骤：
[0011](1)将铝盐、铌盐和钒盐溶解后，采用弱碱调节pH值至7
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8，得到氢氧化铝、氢氧化钒和氢氧化铌沉淀；向氢氧化铝、氢氧化钒和氢氧化铌的沉淀液中加入碳，球磨使加入碳的沉淀液混合分散、干燥后在氮气中于1400
‑
1800℃进行碳热还原和氮化，得到氮化铝粉体；将该氮化铝粉体配制成氮化铝泥料后挤出成形，干燥后烧结，得到多孔氮化铝基体；
[0012](2)将多孔氮化铝基体浸于聚碳硅烷的有机溶液中，经干燥、预氧化和裂解后在多孔氮化铝基体表面包覆无定形碳化硅；
[0013](3)将步骤(2)中制备得到的包覆有无定形碳化硅的多孔氮化铝基体在反相微乳液中浸渍后经干燥、预氧化处理、裂解处理和烧结，得到微反应器。
[0014]步骤(3)中，将步骤(2)中制备得到的包覆有无定形碳化硅的多孔氮化铝基体在反相微乳液中浸渍30
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120min后经30
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50℃干燥6
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12h，240
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260℃下预氧化处理100
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150min，450
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800℃下裂解处理并保温30
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120min，在1700
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2000℃下烧结并保温60
‑
120min，得到所述微反应器。
[0015]步骤(2)中，聚碳硅烷的有机溶液为甲苯、二甲苯、乙酸乙酯或环己烷。
[0016]聚碳硅烷的有机溶液中聚碳硅烷的含量为30
‑
50wt％。
[0017]反相微乳液为油包水型反相微乳液；反相微乳液中油相含量为65
‑
80wt％，水相含量为20
‑
35wt％，乳化剂的含量为4
‑
12wt％，该乳化剂包括CTAB。
[0018]油相的有机溶剂为选自环己烷、二甲苯或甲苯中的一种。
[0019]水相中还包括含量为1
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3wt％的相转移催化剂。该相转移催化剂包括苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵或四丁基氯化铵。
[0020]本专利技术的微反应器应用于将有机液态燃料转化成氢气，该有机液态燃料包括C1
‑
C5的醇。
[0021]步骤(3)中，裂解处理的气氛为惰性气氛；所述惰性气氛包括氩气或氮气；所述裂解处理的升温速度为1
‑
3℃/min。
[0022]反相微乳液为油包水型反相微乳液；反相微乳液中油相含量为65
‑
80wt％，水相含量为20
‑
35wt％，乳化剂的含量为4
‑
12wt％；油相的有机溶剂为选自环己烷、二甲苯或甲苯中的一种。油相中，有机溶剂的含量为60
‑
90wt％；油相中，碳源和硅源的质量比为1:0.25
‑
4；碳源为选自环氧树脂、酚醛树脂、煤沥青、乙基纤维素或聚苯乙烯中的一种或几种；水相的浓度为3
‑
25wt％；乳化剂包括CTAB。
[0023]水相中还包括相转移催化剂；相转移催化剂的含量为1
‑
3wt％；相转移催化剂包括苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵或四丁基氯化铵。
[0024]油相的有机溶剂为选自环己烷、二甲苯或甲苯中的一种。油相中，有机溶剂的含量为60
‑
90wt％；油相中，碳源和硅源的质量比为1:0.25
‑
4；碳源为选自环氧树脂、酚醛树脂、煤沥青、乙基纤维素或聚苯乙烯中的一种或几种；水相的浓度为3
‑
25wt％；乳化剂包括CTAB。
[0025]水相中还包括相转移催化剂；相转移催化剂的含量为1
‑
3wt％；相转移催化剂包括苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵或四丁基氯化铵。
[0026]碳源为选自环氧树脂、酚醛树脂、煤沥青、乙基纤维素或聚苯乙烯中的一种或几种。
[0027]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0028](1)本专利技术提供的微反应器在短时间内将纳米镍颗粒加热至重整制氢的温度，由于该氮化铝基体的微米级大孔表面负载的碳化硅薄膜中镶嵌有纳米镍颗粒，因此纳米镍颗粒被快速加热至重整制氢的温度，进而避免了采用碳化硅作为基体需要较长的预热时间的问题，在短时间内快速的制备出氢气。
[0029](2)该多孔氮化铝基体掺杂有0.2
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0.5at％的铌和0.1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微反应器，其特征在于：包括多孔氮化铝基体；所述多孔氮化铝基体外表面包覆有无定形碳化硅；所述多孔氮化铝基体具有微米级大孔；所述微米级大孔的孔壁表面负载有碳化硅薄膜；所述碳化硅薄膜中负载有纳米镍颗粒。2.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于：所述多孔氮化铝基体掺杂有0.2
‑
0.5at％的铌和0.1
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0.3at％的钒：所述氮化铝基体的显气孔率为30
‑
70％；所述微米级大孔的孔径为20
‑
100微米；所述纳米镍颗粒的粒径为2
‑
100纳米。3.根据权利要求1所述的微反应器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将铝盐、铌盐和钒盐溶解后，采用弱碱调节pH值至7
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8，得到氢氧化铝、氢氧化钒和氢氧化铌沉淀；向氢氧化铝、氢氧化钒和氢氧化铌的沉淀液中加入碳，球磨使加入碳的沉淀液混合均匀，干燥后在氮气中于1400
‑
1800℃进行碳热还原和氮化，得到氮化铝粉体；将所述氮化铝粉体配制成氮化铝泥料后挤出成形，干燥后烧结，即得所述多孔氮化铝基体；(2)将所述多孔氮化铝基体，浸于聚碳硅烷的有机溶液中，经干燥、预氧化和裂解后在所述多孔氮化铝基体表面包覆无定形碳化硅；(3)将步骤(2)中制备得到的包覆有无定形碳化硅的多孔氮化铝基体在反相微乳液中浸渍后经干燥、预氧化处理、裂解处理和烧结，得到所述微反应器。4.根据权利要求3所述的微反应器的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，将步骤(2)中制备得到的包覆有无定形碳化硅的多孔氮化铝基体在反相微乳液中浸渍30
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【专利技术属性】
技术研发人员：肖汉宁，倪立，朱仲文，周洋，
申请(专利权)人：氢源科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：