【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种正仲氢转化催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂应用。
技术介绍
1、液氢作为高效的液态燃料及低温冷源，在化工生产、航天工程、氢能源汽车、中子冷却以及粒子探测等领域有着广泛的应用。氢能的规模化使用，不可避免地存在着如何高效保存液氢的问题，这与氢分子的化学物理性质密不可分。
2、氢分子中两个氢原子的核自旋有平行与反平行两种取向，因此，存在正氢与仲氢两种自旋异构体。在温度高于273k时，两种异构体较稳定，正氢占75％，仲氢占25％；随着温度的降低，正氢会自发地向仲氢转化，使仲氢浓度不断升高；在温度20k时即液氢温区，仲氢含量高达99.8％。当我们将室温下的氢气液化时，得到的低温液氢中正氢和仲氢处于非平衡状态，因此会发生氢的正-仲态转化。氢的正-仲态转化放出的热量大于液氢的汽化潜热，所以不论液氢储罐绝热性能多好，都会存在液氢蒸发。因此，为减少液氢蒸发损失及再液化的能耗，延长液氢无损储存的时间，必须在氢液化的同时完成氢正-仲态的转化。
3、正仲氢自然转化是一个极其缓慢的过程，所以需采用催化剂加快正氢向仲氢的转化速率。一般认为，正仲氢低温转化为磁性机理，即氢原子是受到催化剂非均匀磁场的作用而发生了转化。过渡元素(如铁、镍、锰、铬等)的3d或4f壳层有未成对电子，已成为正仲氢低温转化催化剂的主要研究对象。特别地，铁基催化剂因具有优异的活性、稳定性和安全性能，被广泛研究和应用。
4、现今美国分子产品有限公司开发的铁基正仲氢低温转化催化剂已经规模化商业应用(energy environ.sci.,
5、文章(低温与特气,1988,02,17-20)公开了一种铁基正仲氢低温转化催化剂的制备方法。研究表明，采用铁盐和碱性沉淀剂为原料，研制的含水氧化铁催化剂在21～77k温度下，可制备出含量为50～99％的仲氢。
6、专利cn 112044457 a公开了一种液氢生产及储存装置使用的正仲氢转化催化剂及其制备方法，特别涉及通过在非金属修饰的多孔载体表面负载金属活性物质的负载型正仲氢转化催化剂的制备方法。本专利技术关于负载型催化剂的制备方法过程简单，所制备的负载型催化剂强度较高且颗粒均匀，有效降低了催化剂床层流阻，非金属离子修饰多孔载体表面后可调节多孔载体表面的酸度，并有助于随后的金属氧化物更均匀附着于催化剂表面，使得催化剂活性相比于传统水合氧化铁催化剂有显著提高。
7、专利cn 112844443 a公开了一种液氢生产及储存装置使用的正仲氢转化催化剂及其制备方法。特别涉及使用有序介孔材料为载体，使用化学沉淀的方法浸渍焙烧后再成型制备的负载型正仲氢转化催化剂。使用有序介孔材料做载体可有效减少氢气分子进入载体的无效路径，提升氢气分子在载体内表面的吸附速率，有助于减少装置的流阻，提高正仲氢催化转化反应在不同空速下的仲氢转化率。相比于先成型再浸渍的方法而言，先浸渍焙烧再成型可以增大载体与活性物质的接触面积，从而增加催化反应的活性位点，提高催化剂的正仲氢催化转化活性。
8、专利cn 112844443 a公开了一种纳米水合氧化铁的制备方法。本专利技术先制备分别含水溶性铁盐和沉淀剂的混合液，再将含沉淀剂的混合液滴加到含水溶性铁盐的混合液中进行水热沉淀反应，得到了纳米级的水合氧化铁feooh，保证了催化剂的粒径均匀性以及催化活性，且制备过程简单、成本低；通过在制备两种混合液的过程中分别添加柠檬酸和乙醇作为分散剂，用于水热反应过程中粒子的分散，从而控制沉淀速度，避免颗粒的快速长大，进而得到了颗粒较小的纳米催化剂。实施例的结果显示，本专利技术提供的制备方法制备得到的水合氧化铁的粒径为15～25nm；将其用于正仲氢催化转化，仲氢的浓度为49.7％，转化率为99.3％。
9、专利cn 114314677 a公开了一种用于液氢转化的正仲氢转化催化剂及其制备方法，包括：a)制备铁盐溶液和待掺杂金属离子溶液；b)制备掺杂铁盐溶液：按一定比例将制备的待掺杂金属离子溶液滴入铁盐溶液中，常温下磁力搅拌，得到掺杂铁盐溶液；c)配制前驱物：取适量碱液滴入步骤b)中得到的掺杂铁盐溶液中，直到混合溶液的ph值达到3～5；d)水热晶化得到成品：将步骤c)中得到的混合溶液放置在密封反应釜中，在一定温度和压强下反应，之后冷却，离心，将得到的沉淀物用水洗涤，直至ph值呈中性；将上述沉淀物放入真空干燥箱干燥，研磨，即制得成品。本专利技术制备的正仲氢转化催化剂能够在20k～80k整个温度区间始终保持高活性，节省了用量。
10、专利cn 114367288 a公开了一种催化正仲氢转化的催化剂及其制备方法和应用，包括如下步骤：(1)、将铁盐溶解于水中，配置铁盐溶液；(2)、加热所述铁盐溶液，在搅拌下加入弱碱性沉淀剂，观察到沉淀析出，沉淀终点ph为8～12；(3)、将步骤(2)得到的混合体系降温至室温，离心后弃去上清液；(4)、将步骤(3)得到的沉淀中加水，搅拌，离心后弃去上清液；(5)、重复步骤(4)若干次，最后一次结束时弃去上清液，不再补加水；(6)、将步骤(5)得到的沉淀过滤后得到滤饼，滤饼经干燥、焙烧和成型后得到正仲氢转化催化剂。本专利技术制备的正仲氢转化催化剂的碱金属离子含量低，正仲氢催化转化活性提高，可应用于氢液化设备、液氢贮箱和仲氢发生器等。
11、上述公开的文章和专利，主要采用铁基催化剂负载在载体上、催化剂合成过程中添加分散剂(柠檬酸和乙醇)、在铁基催化剂中掺杂特定金属离子、催化剂制备过程中采用弱碱沉淀剂等方法，从而增加铁基催化剂的机械强度、降低流阻、提高催化活性等。但截止到目前，上述研究工作都还停留在实验室阶段，尚未规模化生产和应用。另一方面，氢液化过程中正仲氢连续转化是公认的耗功最小的转化方式，但连续转化工艺在提高制冷效率的同时，也对正仲氢转化催化剂的活性提出了更高的要求。因此，开发工艺简单、易于规模化生产、催化活性高的铁基正仲氢低温转化催化剂仍然非常必要。
技术实现思路
1、根据本申请的第一个方面，提供一种铁基正仲氢低温转化催化剂的制备方法。该方法制备工艺简单、易于规模化生产；制备的铁基催化剂比表面积大、扩散性能好，因此使得正仲氢转化活性显著提高。
2、(1)一种铁基正仲氢低温转化催化剂的制备方法，至少包括以下步骤：将铁盐水溶液置于反应釜中，搅拌；
3、(2)搅拌下将适量正硅酸乙酯加入反应釜中，加入时间0.05～10h；
4、(3)将铁盐水溶液和正硅酸乙酯混合溶液，在25～60℃下搅拌水解1～24h；
5、(4)将水解后的混合溶液搅拌状态下加入碱液，控制反应温度在25～60℃之间，反应终点ph值在8～13之间，得到含沉淀的产物；或者将碱液预先置于另一反应釜中搅拌，然后将水解后的混合溶液加入到碱液中，控制反应温度在25～60℃之间，反应终点ph值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种正仲氢转化铁基催化剂的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
9.一种权利要求1～8任一项所述的制备方法制备获得的铁基催化剂。
10.一种权利要求9所述铁基催化剂在催化正仲氢转化反应中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种正仲氢转化铁基催化剂的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国东，黄延强，赵文广，樊斯斯，段洪敏，吕永阁，代倩倩，张涛，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
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。