一种泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂及其制备方法与应用。所述制备方法如下所述：(1)以金属泡沫作为阴极，第一溶液作为电沉积液，进行电沉积，得到整体式催化剂前驱体；(2)清洗步骤(1)所得整体式催化剂前驱体，煅烧后得到所述泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂；步骤(1)所述第一溶液中包含有镍盐和铁盐。本发明专利技术提供的泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂活性及稳定性高，解决了传统催化剂活性低、易失活等问题。易失活等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于甲烷裂解催化剂制备
，涉及一种整体式催化剂，尤其涉及一种泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着天然气资源探明储量的不断增加，甲烷对人为源温室气体的排放导致的全球气温上升的贡献达到20％，已经成为仅次于CO2的温室气体成分。氢气作为一种能量密度高、燃烧热值高、无污染的环保型燃料，是可持续发展中重要的能量载体。产氢的诸多方法中，甲烷催化裂解制氢反应中无CO、CO2的生成，可以得到纯净的氢气。
[0003]镍铁氧体具有反尖晶石结构，镍离子占据晶胞的八面体位点，铁离子占据晶胞的四面体位点和一半的八面体位点，镍离子因为占据了八面体位置而表现出正三价和正二价混存的状态，这种不稳定结构常常有着丰富的晶体缺陷，因而使镍铁氧体表现出优异的催化性能。
[0004]泡沫金属有着密度小、比表面积高、孔结构丰富等特点，广泛用作催化剂载体材料。离子液体是一种由阴阳离子组成的有机盐，室温呈液态，具有导电性好、稳定性好、电化学窗口宽等性能。
[0005]电沉积法是一种新型的材料制备方法，在外电场作用下，溶液中的离子会发生氧化还原反应且以金属、合金或者氧化物的形式直接沉积在电极材料上。实验过程中通过改变电沉积工艺参数可控制沉积层的形貌和组成，是制备整体式催化剂的一种快速、简单和低成本的方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂及其制备方法与应用。所述泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂的催化剂活性及稳定性高，解决了传统催化剂活性低、易失活等问题。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂的制备方法，所述制备方法如下所述：
[0009](1)以金属泡沫作为阴极，第一溶液作为电沉积液，进行电沉积，得到整体式催化剂前驱体；
[0010](2)清洗步骤(1)所得整体式催化剂前驱体，煅烧后得到所述泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂；
[0011]步骤(1)所述第一溶液中包含有镍盐和铁盐。
[0012]本专利技术采用原位电沉积法制备所述泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂，其制备原理为：在通电的情况下，阴极附近的硝酸根离子被还原产生大量氢氧根离子，这时溶液中
金属离子就会与阴极表面的氢氧根离子发生反应生成氢氧化物沉淀到阴极表面。
[0013]采用本专利技术提供的制备方法得到的泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂中活性组分包括镍盐和铁盐，镍盐的存在提高了所述催化剂的催化活性，铁盐的存在提高了所述催化剂的稳定性，解决了传统催化剂活性低、易失活的问题。
[0014]作为本专利技术的优选技术方案，步骤(1)所述金属泡沫包括泡沫镍、泡沫铝或泡沫铜中的任意一种。
[0015]优选地，步骤(1)所述金属泡沫的孔径为50～500μm，例如可以是50μm、100μm、200μm、300μm、400μm或500μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0016]优选地，所述制备方法还包括对步骤(1)所述金属泡沫的预处理过程。
[0017]优选地，所述预处理过程为依次对所述金属泡沫进行盐酸清洗、无水乙醇清洗、丙酮清洗以及去离子水清洗。
[0018]优选地，所述盐酸清洗的时间为20～50s，例如可以是20s、24s、28s、32s、36s、40s、44s、48s或50s，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]优选地，所述盐酸清洗中盐酸的浓度为1.5～2.5mol/L，例如可以是1.5mol/L、1.7mol/L、1.9mol/L、2.1mol/L、2.3mol/L或2.5mol/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，所述水乙醇清洗的时间为8～15min，例如可以是8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min或15min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述丙酮清洗的时间为8～15min，例如可以是8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min或15min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]本专利技术所述预处理过程用于去除金属泡沫表面氧化物、污渍及促使表面粗糙化。
[0023]优选地，步骤(1)所述电沉积液的制备方法为：混合活性组分溶液以及离子液体，搅拌混合均匀后得到所述电沉积液。
[0024]优选地，所述活性组分溶液和离子液体的质量比为1:(1.5～3.5)，例如可以是1:1.5、1:1.9、1:2.3、1:2.7、1:3.1或1:3.5，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述离子液体包括1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑、氯化1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑、氯化1
‑
十六烷基
‑3‑
甲基咪唑、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐或1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑六氟硼酸盐中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑、氯化1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑和氯化1
‑
十六烷基
‑3‑
甲基咪唑的组合，1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐和1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐的组合，1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐的组合，或1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑六氟硼酸盐的组合。
[0026]本专利技术所述电沉积液中离子液体可与金属离子发生配位关系，使其在泡沫镍表面
原位生长。
[0027]优选地，所述活性组分溶液为镍盐和铁盐的混合溶液。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下所述：(1)以金属泡沫作为阴极，第一溶液作为电沉积液，进行电沉积，得到整体式催化剂前驱体；(2)清洗步骤(1)所得整体式催化剂前驱体，煅烧后得到所述泡沫金属负载镍铁氧体整体式催化剂；步骤(1)所述第一溶液中包含有镍盐和铁盐。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属泡沫包括泡沫镍、泡沫铝或泡沫铜中的任意一种；优选地，步骤(1)所述金属泡沫的孔径为50～500μm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对步骤(1)所述金属泡沫的预处理过程；优选地，所述预处理过程为依次对所述金属泡沫进行盐酸清洗、无水乙醇清洗、丙酮清洗以及去离子水清洗；优选地，所述盐酸清洗的时间为20～50s；优选地，所述盐酸清洗中盐酸的浓度为1.5～2.5mol/L；优选地，所述水乙醇清洗的时间为8～15min；优选地，所述丙酮清洗的时间为8～15min。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述电沉积液的制备方法为：混合活性组分溶液以及离子液体，搅拌混合均匀后得到所述电沉积液；优选地，所述活性组分溶液和离子液体的质量比为1:(1.5～3.5)；优选地，所述离子液体包括1
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乙基
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甲基咪唑、氯化1
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丁基
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甲基咪唑、氯化1
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十六烷基
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甲基咪唑、1
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乙基
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甲基咪唑四氟硼酸盐、1
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丁基
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甲基咪唑四氟硼酸盐、1
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乙基
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甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐或1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑六氟硼酸盐中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述活性组分溶液为镍盐和铁盐的混合溶液；优选地，所述镍盐包括硝酸镍；优选地，所述铁盐包括硝酸铁；优选地，所述活性组分溶液中镍盐和铁盐的浓度比为1:(0.1～0.4)。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈运法，李双德，曹梦杰，聂林峰，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：