【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天然气制氢，尤其是涉及一种天然气制氢用催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、氢能源作为一种高能量密度、清洁无污染的能源，近年来引起了广泛关注。氢气不仅能够通过与氧气的化学反应产生电能，而且其唯一的副产物是水，完全不产生二氧化碳排放，因此被视为是实现能源革命、替代传统化石能源的最佳选择之一。氢气作为一种能源载体，其能量密度之高堪称惊人。在与氧气进行氧化反应时，氢气可以释放出巨大的能量，从而被广泛应用于燃料电池等领域。与燃烧化石燃料产生的污染物相比，氢气的燃烧只产生纯净的水蒸气，无任何有害物质排放，大大减少了对环境的负面影响。这种特性使得氢能源在解决空气污染和减缓全球气候变化方面具有巨大的潜力。
2、天然气制氢技术因其原料丰富、氢气产率高等特点，成为了氢能源的重要来源之一。然而，在传统的天然气制氢工艺中，存在着一个难以克服的问题，即反应过程中氢气中一氧化碳(co)的含量相对较高。这不仅影响了氢气的纯度，还会对燃料电池等设备的稳定性和性能造成不利影响，从而制约了天然气制氢技术的进一步应用。
3、为了降低氢气中co的含量，科研人员在天然气制氢工艺中引入了变换反应步骤。然而，在变换反应中使用的催化剂，尤其是以cuo/zno为主的催化剂，却面临着稳定性不足的问题。这种不稳定性可能导致催化剂寿命短、反应效率低下，进而造成氢气中co浓度过高的问题。
4、基于此，亟需开发一种稳定的的天然气制氢用催化剂，以提高制氢的效率。
技术实现思路
1、本专利
2、提供一种催化剂。
3、本专利技术所要解决的第二个技术问题是：
4、提供一种所述催化剂的制备方法。
5、本专利技术所要解决的第三个技术问题是：
6、所述催化剂的应用。
7、为了解决所述第一个技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
8、一种催化剂，所述催化剂的化学式为cux(cuo)y(zno)z；
9、其中，x：y＝1-2：2-3，且x+y：z＝1：1。
10、根据本专利技术的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
11、本专利技术的催化剂，相对于传统的催化剂，性能更加稳定，使用寿命比传统的cuo/zno催化剂延长2倍以上。
12、本专利技术的催化剂，通过x，y的比例调控，调控cuo和zno之间形成更有利于催化反应进行的界面，该界面可以提供更多的反应活性位点，增强催化剂的催化活性和稳定性；调控后合适的cuo和cu会使得cu更均匀地分布在催化剂表面上，以进一步提供更多的反应位点，并减少表面缺陷，从而提高催化剂的稳定性；此外，调控后合适的cuo和cu比例会增强cu-zn之间的协同作用，调节锌元素对铜元素的氧化态影响，改善反应机制，提高催化剂的活性和稳定性。
13、根据本专利技术的一种实施方式，所述催化剂的粒径为9-10nm。现有的cuo催化剂性能变差的主要原因有3个：1-水分子在设备停止后发生的凝结；2-设备停止后外部气体流入，造成催化剂的凝结；3-设备启动时候，因h2浓度太低造成，造成催化剂无法很好的抗氧化造成凝结；而凝结后，造成cuo粒子的晶粒自平均12.1nm增大至15.6nm，活性点密度降低，活性减弱，催化效能极大衰减。本专利技术催化剂的粒径为9-10nm，即使经过多次启停和气氛变化等试验后，晶粒直径最高也仅升高为10.6nm，催化效能衰减较小。晶粒直径升高，会引起活性点分布不均匀和活性点引发活性降低，导致催化性能变差。本专利技术的催化剂，能够保证晶粒一直保持较小的直径，从而确保催化性能保持稳定。
14、为了解决所述第二个技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
15、一种制备所述催化剂的方法，包括以下步骤：
16、s1在真空环境下加热铜盐，以得到cuo；
17、s2混合cuo与碳材料，经真空加热后，加入溶剂并沉淀分离杂质；
18、s3干燥步骤s2的产物，并加入到锌盐溶液中，得到混合物；
19、s4固液分离步骤s3得到的混合物，将固体置于真空环境中加热，得到所述催化剂。
20、根据本专利技术的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
21、本专利技术的方法中，在制备了cuo催化剂的基础上，对其进行部分还原，还原后的部分cuo被还原为cu，铜的还原态可能在催化反应中具有更高的活性，因此该催化剂更好的活化性能好，活化效率，寿命长等优点，是一种可以用于提升天然气制氢纯度的高效催化剂。
22、根据本专利技术的一种实施方式，所述铜盐包括硝酸铜、硫酸铜和氯化铜中的至少一种。
23、根据本专利技术的一种实施方式，所述碳材料包括碳单质、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。
24、根据本专利技术的一种实施方式，步骤s1中，加热铜盐的温度为350-450℃。
25、根据本专利技术的一种实施方式，步骤s2中，还包括将cuo进行研磨再与碳材料进行混合的步骤。
26、根据本专利技术的一种实施方式，步骤s2中，真空加热的升温速度为15-20℃/min，并在温度升至700-800℃后恒温1-2小时。优选为升温速度为20℃/min，并在温度升至800℃后恒温2小时。
27、根据本专利技术的一种实施方式，步骤s2中，经真空加热后，还包括加入溶剂，充分沉淀后去除多余碳材料等杂质，之后将所得粉末样品在30-40℃的真空烘箱中干燥12小时以上的步骤。
28、根据本专利技术的一种实施方式，锌盐包括硝酸锌和氯化锌中的至少一种。
29、根据本专利技术的一种实施方式，步骤s3中，固液分离包括以下步骤，先通过蒸发去除液体，随后得到底层沉淀物。
30、本专利技术的另一个方面，还涉及所述催化剂在天然气制氢中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的催化剂。由于该应用采用了上述催化剂的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
31、本专利技术催化剂在天然气制氢中的应用，可以持续有效的降低天然气制氢中co的浓度，提供天然气在线制氢的新型应用。
32、本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种催化剂，其特征在于：所述催化剂的化学式为Cux(CuO)y(ZnO)z；
2.根据权利要求1所述的一种催化剂，其特征在于：所述催化剂的粒径为9-10nm。
3.一种制备如权利要求1或2任一项所述的一种催化剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述铜盐包括硝酸铜、硫酸铜和氯化铜中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述碳材料包括碳单质、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤S1中，加热铜盐的温度为350-450℃。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤S2中，还包括将CuO进行研磨再与碳材料进行混合的步骤。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：锌盐包括硝酸锌和氯化锌中的至少一种。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤S3中，固液分离包括以下步骤，先通过蒸发去除液体，随后得到底层沉淀物。
10.如权利要求1或2任一项所述的一种催化剂在天然气制氢
...【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于：所述催化剂的化学式为cux(cuo)y(zno)z；
2.根据权利要求1所述的一种催化剂，其特征在于：所述催化剂的粒径为9-10nm。
3.一种制备如权利要求1或2任一项所述的一种催化剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述铜盐包括硝酸铜、硫酸铜和氯化铜中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述碳材料包括碳单质、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：高野绿，杨冷羽，法尔罕慕达萨，黄和强，黄柏霖，杨昀翰，何青，
申请(专利权)人：广东绿峰能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。