一种碳纤维基CH4-CO2重整催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种碳纤维基CH4‑

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及CH4‑
CO2重整催化剂
具体地说是一种碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]CH4和CO2是两种主要的温室气体，同时又是两种主要的碳源。通过将CH4和CO2进行CH4‑
CO2重整反应可以将这两种气体转化成合成气(CO+H2)，该反应对温室气体的转化利用和清洁能源的生产表现出极高的环境效益和工业价值。
[0003]目前CH4‑
CO2重整反应难以实现工业化的主要原因是CH4‑
CO2重整催化剂的失活问题。在进行CH4‑
CO2重整反应时，常使用镍等金属催化剂催化重整反应，但在高温反应条件下，由于活性金属烧结和积碳等原因而导致CH4‑
CO2重整催化剂活性下降甚至失活。因此有必要设计一种CH4‑
CO2重整催化活性好，且催化活性稳定性高的CH4‑
CO2重整催化剂。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，使用该制备方法能够制备得到一种催化活性好、催化稳定性高的碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂，以解决现有CH4‑
CO2重整催化剂在高温条件下容易因活性金属烧结和积碳等原因引起的CH4‑
CO2重整催化剂失活的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：<br/>[0006]一种碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，利用静电纺丝法制备活性金属
‑
碳复合纳米纤维，将活性金属
‑
碳复合纳米纤维置于惰性气氛中进行焙烧后获得碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂。
[0007]上述碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0008]S1：将活性金属盐分散于乙醇溶液中，得到混合分散液；
[0009]S2：向混合分散液中加入含碳前驱体，搅拌混合至含碳前驱体完全分散均匀，得到静电纺丝材料；
[0010]S3：将静电纺丝材料利用静电纺丝法制备得到活性金属
‑
碳复合纳米纤维；
[0011]S4：将活性金属
‑
碳复合纳米纤维置于管式炉中，通入惰性气体(氮气或氩气)进行焙烧，焙烧结束后自然冷却，即可获得碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂。
[0012]上述碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，步骤S1中，活性金属盐为硝酸钴、醋酸钴或乙酰丙酮钴中的任意一种或两种及两种以上的混合；乙醇溶液为无水乙醇和水按照5:5～7:3的体积比混合而成的。
[0013]上述碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，步骤S1中，混合分散液中，活性金属盐的质量与乙醇溶液的体积二者之间的比值为0.04～0.08g/mL；如果混合分散液中，活性金属盐的含量过低，则可能会影响制备得到的催化剂的活性，但如果活性金属盐的含量过高，则可能导致静电纺丝无法进行或者在静电纺丝时活性金属易发生团聚而导致分散性不
好，进而影响制备得到的重整催化剂的催化活性。
[0014]上述碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，步骤S2中，含碳前驱体为聚乙烯醇PVA、聚丙烯腈PAN、聚氨基甲酸酯PU、聚乙烯吡咯烷酮PVP或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA任意一种或两种及两种以上的混合。采用以上含碳前驱体通过静电纺丝制备的碳纳米纤维可有效抑制活性金属的团聚进而保持活性物种的完整性，且制备得到的CH4‑
CO2重整催化剂可显著提高CH4‑
CO2重整催化剂表面的电子转移性能。
[0015]上述碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，步骤S2中，混合分散液中的活性金属与含碳前驱体中的碳原子二者的物质的量之比为1:(5～15)；利用该比值范围内的静电纺丝材料进行静电纺丝，有利于提高静电纺丝的效率，获得较为理想的活性金属
‑
碳复合纳米纤维，并且能够得到催化活性及催化稳定性均较好的CH4‑
CO2重整催化剂。
[0016]上述碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，步骤S3中，在进行静电纺丝过程中，将静电纺丝材料置于静电纺丝设备的注射器中，注射泵流速为10～15μL/mi n；设置外加电压13～19kV【在该范围的外加电压下获得的复合纳米纤维的结构和性能较好，如果超出该范围，则静电纺丝得到的活性金属
‑
碳复合纳米纤维的结构和性能明显下降】，接收距离为15～20cm；通过铝箔接收活性金属
‑
碳复合纳米纤维。
[0017]上述碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，步骤S3中，活性金属
‑
碳复合纳米纤维的直径为200～400nm；该直径范围内的活性金属
‑
碳复合纳米纤维焙烧后获得的CH4‑
CO2重整催化剂的比表面积较大，且活性金属在碳纤维载体上分散的更为均匀，使得CH4‑
CO2重整催化剂表现出更好的催化活性和催化稳定性。
[0018]上述碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，步骤S4中，焙烧时，先将管式炉按照5℃/mi n的升温速度【如果升温速度过快或过慢，会影响碳纳米纤维的形貌，不利于催化活性高和催化稳定性好的CH4‑
CO2重整催化剂的形成】升至焙烧温度，然后在焙烧温度下进行焙烧；焙烧温度为700～800℃【该焙烧温度比CH4‑
CO2干重整反应温度稍高，能够保证制备得到的重整催化剂具有较好的催化稳定性】，焙烧时间为3～5h，如果焙烧时间过短，则金属氧化物生成不完全，影响获得的催化剂的催化活性。
[0019]一种碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂，采用上述碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法制备得到。
[0020]本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：
[0021]1、本专利技术采用静电纺丝法通过一步法制备碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂，以静电纺丝法制备的复合碳材料载体具有较大的比表面积和丰富的孔结构，较大的比表面积提高了活性金属的分散性，为CH4‑
CO2重整催化剂提供更多的活性位点，丰富的空隙结构对活性金属起到限域效应减少活性金属的烧结，进而提高CH4‑
CO2重整催化剂的抗烧结性能，同时能够降低积碳对CH4‑
CO2重整催化剂催化活性的影响，进一步提高CH4‑
CO2重整催化剂的催化稳定性。
[0022]2、采用本专利技术制备的CH4‑
CO2重整催化剂具有较好的催化活性和催化稳定性。活性金属
‑
碳复合碳纳米纤维较大的比表面积能够提供丰富的金属活性位点，而且高长径比的碳纳米纤维组成的纤维网络能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，其特征在于，利用静电纺丝法制备活性金属
‑
碳复合纳米纤维，将活性金属
‑
碳复合纳米纤维置于惰性气氛中进行焙烧后获得碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂。2.根据权利要求1所述的碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1：将活性金属盐分散于乙醇溶液中，得到混合分散液；S2：向混合分散液中加入含碳前驱体，搅拌混合至含碳前驱体完全分散均匀，得到静电纺丝材料；S3：将静电纺丝材料利用静电纺丝法制备得到活性金属
‑
碳复合纳米纤维；S4：将活性金属
‑
碳复合纳米纤维置于管式炉中，通入惰性气体进行焙烧，焙烧结束后自然冷却，即可获得碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂。3.根据权利要求2所述的碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，活性金属盐为硝酸钴、醋酸钴或乙酰丙酮钴中的任意一种或两种及两种以上的混合；乙醇溶液为无水乙醇和水按照5:5～7:3的体积比混合而成的。4.根据权利要求2所述的碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，混合分散液中，活性金属盐的质量与乙醇溶液的体积二者之间的比值为0.04～0.08g/mL。5.根据权利要求2所述的碳纤维基CH4‑
CO2重整催化剂的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙映晖，白杰，李媖，许瞳，张燕斌，郭硕闻，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：