再生碳和再活化催化剂的方法技术

本发明专利技术涉及一种在催化反应中再生碳和再活化催化剂的方法(10)，即制备催化剂并将制备的催化剂分布到至少一个反应器中(11)；用一氧化碳活化催化剂；注入额外的一氧化碳以进行第一碳生产(13)，并同时形成还原催化剂；注入蒸汽以分解还原催化剂，以在第二碳生产中再生碳(14)；其中，在第一碳生产中，催化剂将一氧化碳转化为碳和二氧化碳，在第二碳生产中，还原催化剂与蒸汽相互作用，以形成金属氧化物、氢气和碳，氢气用于再生碳和再活化催化剂，以用于反应器中碳形成的连续循环(15)。反应器中碳形成的连续循环(15)。反应器中碳形成的连续循环(15)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】再生碳和再活化催化剂的方法


[0001]本专利技术涉及一种在反应器中再生碳和再活化催化剂的方法。

技术介绍

[0002]作为研究材料和用于大规模工业应用，对优质碳产品有巨大的需求。已经开发了几种生产方法，例如电弧放电和烘箱激光蒸发。这两种技术都有利于生产高质量碳管，但同时，这些方法会产生相对大量的杂质。此外，工作温度非常高，约为3000℃；这既不经济也不方便。这两种方法都需要大量的能量来生产碳管。这两种方法都需要固体石墨/碳作为靶标，并被脉冲激光击中，或者作为阳极，其必须被蒸发才能得到纳米管。很难获得大量的石墨，这是大规模生产的限制之一。
[0003]以前的研究通常使用来自有机茂金属的过渡金属(如二茂铁、二茂钴、二茂镍)特别是用于碳纳米管(CNT)的生长。在大多数研究中，他们利用五羰基铁(Fe(CO)5)作为催化剂，一氧化碳(CO)作为碳源。其他碳源包括甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、塑料、生物质、烃。已经有一些研究报道了在碳生产过程中使用氢气(H2)来提高碳的产率。
[0004]催化剂是添加到反应中，以通过提供具有较低活化能(Ea)的替代反应路径来提高反应速率的物质。然而，寻找最佳催化剂的旅程仍未结束，因此，寻找能够有效减少能源、成本和时间的使用的最佳催化剂是化学家面临的挑战。
[0005]生产碳的现有技术之一，即US1974744公开了使用由金属和金属氧化物的组合生产的催化剂，并以CO作为碳源来生产炭黑，EP0062912A1公开了通过将蒸汽注入反应器以在催化过程中将一氧化碳转化为碳和氢气来生产碳的方法。尽管上述现有技术中催化剂的存在能够降低反应中所涉及的能量，但是最好找到其它替代选择来降低生产碳所需的能量，同时以较低的成本和省时的方式保持效率和所生产的碳的质量。同样，找到一种能够选择性地促进碳生产而不损害最终产品的有效催化剂是需要解决的问题之一。
[0006]因此，仍然需要改进催化剂，以证明具有更好质量和效率的更好的碳生产方法。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术涉及一种在催化反应中再生碳和再活化催化剂的方法，该方法包括以下步骤：制备催化剂并将制备的催化剂分布到至少一个反应器中；在300℃
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900℃下用一氧化碳活化催化剂，以产生活化催化剂；注入额外的一氧化碳至少1h，以进行第一碳生产，同时形成还原催化剂；注入蒸汽以分解还原催化剂，以在第二碳生产中再生碳；其中，在第一碳生产中，催化剂将一氧化碳转化为碳和二氧化碳，在第二碳生产中，还原催化剂与蒸汽相互作用，以形成金属氧化物、氢气和碳，氢气用于再生碳和再活化催化剂，以用于反应器中碳形成的连续循环。
[0008]从说明本专利技术原理的优选实施方案的描述中，将清楚地描述本专利技术的优点和要素。
附图说明
[0009]图1示出了在反应器中再生碳和再活化催化剂的方法的概要。
[0010]图2示出了制备催化剂的概要。
[0011]图3示出了Micromeritic Autochem 2920化学吸附分析仪的示意图。
[0012]图4示出了本专利技术的一个实施方案，其中气体将从反应器的塔的顶部流入。
[0013]图5示出了解释使用一氧化碳作为碳源生产碳的实验设计的总体概要的示意图。
[0014]图6示出了氧化铁(Fe2O3)通过(a)10％CO/N2、(b)20％CO/N2、(c)40％CO/N2和(d)60％CO/N2的程序升温还原(TPR)曲线。
[0015]图7示出了CO料流流动对通过Fe2O3催化剂形成碳的影响。
[0016]图8示出了暴露1h时氧化铁上的促进剂负载量对碳产量的影响。
[0017]图9示出了作为碳生产催化剂的多种促进剂氧化物的筛选。
[0018]图10示出了反应温度对通过10％Co/Fe2O3和10％Ni/Fe2O3形成碳的影响。
[0019]图11示出了暴露时间(1、2和6h)对采用Fe2O3、10％Ni/Fe2O3和10％Co/Fe2O3催化剂的碳产量的影响。
[0020]图12示出了在碳化1h之前和之后Fe2O3、10％Co/Fe2O3和10％Ni/Fe2O3的表面形态。
[0021]图13示出了碳化温度对碳产量的影响。
[0022]图14示出了在四个不同温度下碳生产反应后催化剂的XRD图。
[0023]图15示出了水蒸气剂量对催化剂增重的影响。
[0024]图16示出了在五种不同水蒸气剂量下碳生产过程后催化剂的XRD图。
[0025]图17示出了用5和40水蒸气剂量碳化后Fe2O3催化剂的表面形态。
[0026]图18示出了用40水蒸气剂量碳化后的Fe2O3催化剂的HRTEM图。
[0027]图19示出了用不同催化剂NiO、Cr2O3和多种Cr(5％
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35％)掺杂的NiO催化剂的TPR分析过程中出现的流动气体的还原曲线。
[0028]图20示出了不同掺杂的NiO催化剂的碳增重百分比(w/w％)：(a)低百分比金属盐负载量，(b)高百分比金属盐负载量。
[0029]图21示出了反应温度对碳产量的影响。
[0030]图22示出了不同金属负载量的Cr掺杂的NiO对碳生产的影响，(a)无保温时间(b)保温1h。
[0031]图23示出了流量对碳产量的影响。
[0032]图24示出了在恒定反应温度500℃和40％CO:20mL/min下碳产率的反应时间依赖性。
[0033]图25示出了在恒定前体40％CO、流量20mL/min、反应温度400
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900℃下(a)无保温时间、(b)保温60分钟的情况下合成的如此制备的产品的XRD结果。
[0034]图26示出了在500℃和流量20mL/min下，在25％Cr
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NiO催化剂上由CO分解产生的沉积碳的形态的FESEM图。
[0035]图27示出了通过在25％Cr
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NiO催化剂上分解CO制备的碳的TEM图，(a)未还原催化剂，(b)碳在催化剂上生长的图。
[0036]图28示出了基于NiO以及10％CO/N2的碳产量。
[0037]图29示出了基于NiO以及40％CO/N2的碳产量。
[0038]图30示出了基于NiO以及60％CO/N2的碳产量。
[0039]图31(A)示出了在10％、40％和60％CO下反应后NiO催化剂的XRD图。
[0040]图32示出了在T为700℃下在10％CO中处理后的NiO催化剂的TEM图。
[0041]图32示出了NiO催化剂的TEM图。
具体实施方式
[0042]现在将结合附图图1至32，单独地或以它们的任意组合来描述本专利技术。
[0043]概括地说，本专利技术涉及一种在催化反应中再生碳和再活化催化剂的方法，该方法包括以下步骤：制备催化剂，并将制备的催化剂分布到至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在催化反应中再生碳和再活化催化剂的方法(10)，所述方法包括以下步骤：制备所述催化剂并将制备的催化剂分布到至少一个反应器中(11)；在300℃
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900℃下用一氧化碳活化所述催化剂，以产生活化催化剂(12)；注入额外的一氧化碳至少1h，以进行第一碳生产(13)，同时形成还原催化剂；注入蒸汽以分解所述还原催化剂，以在第二碳生产中再生碳(14)；其中，在所述第一碳生产中，所述催化剂将一氧化碳转化为碳和二氧化碳，以及在所述第二碳生产中，所述还原催化剂与蒸汽相互作用，以形成金属氧化物、氢气和碳，氢气用于再生碳和再活化催化剂，以用于反应器中碳形成的连续循环(15)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂为金属氧化物基催化剂或浸渍催化剂，其中所述浸渍催化剂为金属氧化物和促进剂的组合。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述金属氧化物基...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫哈末，
申请(专利权)人：马来西亚国民大学，
类型：发明
国别省市：