一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂及其制备方法，此无金属催化剂，按重量份数计包括以下原料：硼酸铵5

【技术实现步骤摘要】
一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其是涉及一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]无金属催化剂是指在催化反应中不需要使用含有金属原子的催化剂，而是使用非金属催化剂。这种催化剂通常可以被回收和再利用，具有高效、环保、低成本等优点。常见的无金属催化剂包括酸碱盐、氧化物、离子液体等。在有机合成、环保工业、化工等领域有广泛的应用。
[0003]现有的技术中，甲烷是一种丰富的天然气资源，其主要用途为能源和化学品原料。但是，甲烷的高效利用一直是一个技术难题，因为甲烷的C
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H键强度高，难以被活化。传统上，将甲烷转化为氢需要高温和高压条件，以便打破C
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H键。但是，这种方法需要大量的能量和昂贵的设备，成本高，不利于大规模应用。
[0004]为了解决这个问题，许多研究人员尝试使用催化剂将甲烷转化为氢。传统上，这些催化剂通常是基于贵金属的，如铂、钯、铑等。这些催化剂表现出了高效的催化活性，但是它们的成本很高，不利于大规模应用。制氢一般采用高温蒸汽重整等方法，然而，这些方法存在能耗高、反应速率慢、催化剂易失活等问题。因此，开发一种高效、低成本的甲烷直接转化为氢气的催化剂对于实现清洁能源转型具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂及其制备方法，该催化剂能够将甲烷直接转化为氢气，反应速率快、选择性高、稳定性好，催化剂的制备方法简便，成本低廉。
[0006]本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：本专利技术提供了一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂，按重量份数计包括以下原料：硼酸铵5
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10份、尿素10
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20份、氮气20
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30份、氧化铝5
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10份、钠锆氧化物1
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5份、硅酸盐5
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10份、氮化物2
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6份、氧化钙1
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9份、环氧化物1
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3份以及聚乙二醇5
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10份。
[0007]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：按重量份数计包括以下原料：硼酸铵7.5份、尿素15份、氮气25份、氧化铝7.5份、钠锆氧化物3份、硅酸盐7.5份、氮化物4份、氧化钙5份、环氧化物2份以及聚乙二醇7.5份。
[0008]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述聚乙二醇的分子量在300到750之间。
[0009]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述钠锆氧化物与所述环氧化物以及所述聚乙二醇的摩尔比为3:2:2
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3:1:1。
[0010]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述环氧化物为环氧丙烷、环氧氯丙烷、氧化苯乙烯、环氧环己烷、环氧乙烷中的一种。
[0011]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述硅酸盐为二氧化硅、石英、方解石、硅烷、聚硅氧烷中的一种。
[0012]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述氮化物为氮化碳或氮化硼其中的一种。
[0013]本专利技术还公开了如上述的一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：准备原料，将硼酸铵和尿素以1:3的摩尔比混合，得到硼氮烷前体；步骤2：制备氮化硼，将硼氮烷前体在氮气的气氛下加热至1300℃，保持2.5小时，得到氮化硼；步骤3：制备催化剂，将得到的氮化硼与氧化铝按照1:1的重量比混合均匀，再依次加入钠锆氧化物、硅酸盐、氮化物、氧化钙、环氧化物以及聚乙二醇，然后将混合物在氢气的气氛下加热至800℃，保持3小时，得到催化剂。
[0014]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：催化剂的使用方法如下：将甲烷和催化剂以5:1的摩尔比混合，将混合物在500℃
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700℃下反应，反应压力为5
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10 atm，反应时间为6.5小时，得到氢气和石墨烯，催化剂可以重复使用。
[0015]综上所述，本专利技术包括以下至少一种有益技术效果：本专利技术公开了一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂及其制备方法。该催化剂由硼酸铵、尿素、氮气、氧化铝、钠锆氧化物、硅酸盐、氮化物、氧化钙、环氧化物以及聚乙二醇组成，具有高效的催化活性和稳定性。该催化剂可以在低温下将甲烷转化为氢，同时产生少量的二氧化碳和一氧化碳，该催化剂的催化活性和稳定性均优于传统的贵金属催化剂。
实施方式
[0016]下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
[0017]一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂，按重量份数计包括以下原料：硼酸铵7.5份、尿素15份、氮气25份、氧化铝7.5份、钠锆氧化物3份、硅酸盐7.5份、氮化物4份、氧化钙5份、环氧化物2份以及聚乙二醇7.5份。
[0018]聚乙二醇的分子量在300到750之间。钠锆氧化物与环氧化物以及聚乙二醇的摩尔比为3:2:2
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3:1:1。环氧化物为环氧丙烷、环氧氯丙烷、氧化苯乙烯、环氧环己烷、环氧乙烷中的一种。硅酸盐为二氧化硅、石英、方解石、硅烷、聚硅氧烷中的一种。硅酸盐是指化学式中含有硅元素和氧元素，并以一个或多个金属元素取代氧原子的化合物。硅酸盐是地球上最丰富的矿物之一，也是生物体内重要的成分之一。
[0019]硅酸盐可以分为无机硅酸盐和有机硅酸盐两类。其中，无机硅酸盐是指不含有机基团的硅酸盐，如二氧化硅、石英、方解石等；有机硅酸盐则是指含有机基团的硅酸盐，如硅烷、聚硅氧烷等。硅酸盐具有很高的化学稳定性、耐高温、耐腐蚀、绝缘性能好等特点，因此
广泛应用于建筑材料、陶瓷、电子材料、医疗器械等领域。
[0020]氮化物为氮化碳或氮化硼其中的一种。氮化物是指化学式中含有氮元素和金属元素的化合物。氮化物具有高硬度、高熔点、高导热性、高电导率等特点，因此在材料科学、电子工程、化学工业等领域有着重要的应用。
[0021]氮化物可以分为两类：金属氮化物和非金属氮化物。其中，金属氮化物是指金属与氮元素形成的化合物，如氮化硅、氮化铝等；非金属氮化物是指非金属元素与氮元素形成的化合物，如氮化碳、氮化硼等。
[0022]氮化物广泛应用于各个领域。在材料科学中，氮化物可用作高温材料、高硬度涂层、陶瓷材料、切削工具等；在电子工程中，氮化物可用作半导体材料、光电器件、高频器件等；在化学工业中，氮化物可用作催化剂、吸附剂等。
[0023]本专利技术还公开了如上述的一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：准备原料，将硼酸铵和尿素以1:3的摩尔比混合，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂，其特征在于，按重量份数计包括以下原料：硼酸铵5
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10份、尿素10
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20份、氮气20
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30份、氧化铝5
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10份、钠锆氧化物1
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5份、硅酸盐5
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10份、氮化物2
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6份、氧化钙1
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9份、环氧化物1
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3份以及聚乙二醇5
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10份。2.根据权利要求1所述的一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂，其特征在于，按重量份数计包括以下原料：硼酸铵7.5份、尿素15份、氮气25份、氧化铝7.5份、钠锆氧化物3份、硅酸盐7.5份、氮化物4份、氧化钙5份、环氧化物2份以及聚乙二醇7.5份。3.根据权利要求1所述的一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量在300到750之间。4.根据权利要求1所述的一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂，其特征在于，所述钠锆氧化物与所述环氧化物以及所述聚乙二醇的摩尔比为3:2:2
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3:1:1。5.根据权利要求1所述的一种将甲烷直接转化为氢的无金属催化剂，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建忠，
申请(专利权)人：上海天阳钢管有限公司，
类型：发明
国别省市：