一种海泡石负载镍基催化剂的制备方法及应用价值

一种海泡石负载镍基催化剂的制备方法及应用价值

本发明专利技术公开了一种海泡石负载镍基催化剂的制备方法，该催化剂以天然海泡石为载体，通过简单的酸处理，改善天然海泡石的孔结构，提高其比表面积。然后以尿素为沉淀剂，制备出高分散的镍/海泡石催化剂。由于尿素在高温下逐渐水解，逐渐释放出氢氧化物，因此沉淀过程会缓慢进行，从而使高分散的氢氧化镍纳米颗粒均匀地负载在载体表面。经过焙烧，得到能高效催化氨分解反应的镍/海泡石催化剂。由于本发明专利技术所采用的原料海泡石为天然化合物，来源广泛、环境友好、价格低廉，催化剂制备工艺简单，工艺流程短，适合工业化生产，具有很高的应用价值。

对于高

以 为基础的。以 为 的孔隙为 ，面积为 为 ，酸为 。然后，以尿素为 Ni/ 剂。尿素在高温下，将 ，纳米 ，置于 上。之后，以 为 的原料用于 ，范围广泛， ，价格便宜，并且 ，总而言之，具有很高的价值。

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【技术实现步骤总结】

一种高效氨分解催化剂的制备方法

本专利技术涉及催化剂制备领域，具体涉及一种氨分解制氢催化剂及其制备方法，具体涉及一种海泡石负载镍基催化剂的制备方法。

技术简介

随着化石燃料的枯竭，能源问题成为当前时代的主题，开发更清洁、更廉价的能源是人类面临的巨大挑战。氢能是一种非常清洁的能源，燃烧后会产生大量的热量，而产物只有水，被认为是一种非常有前途的替代能源。近年来，氨分解制氢被认为是一种获取氢能的有效方法。由于氨具有非常高的氢含量(17.6wt%)和非常大的能量密度(3000W/kg)，而且氨通过加压可以以液态形式存在，有利于储存和运输，因此受到了广泛的关注。目前，常见的氨分解催化剂主要有Ru、Fe、Ni等，其中以Ru基催化剂活性最高(J.Am.Chem.Soc., 2009, 131, 12230-12239)，但Ru价格昂贵，催化剂制备成本高，不能大规模生产。 Fe基催化剂虽然价格便宜，但是活性较低，不适合作为氨分解催化剂。Ni基催化剂既便宜又具有较高的活性，被认为是非常有前途的氨分解催化剂(Sci., 2012, 5, 6278)。一般来说，纯Ni催化活性较低，这是因为Ni纳米颗粒在高温下容易团聚，催化剂容易烧结，导致暴露的活性位点大大减少。因此，在制备镍基催化剂时，一般需要将镍负载在比表面积大、耐高温的载体上。因为通过负载，镍纳米颗粒可以很好地分散在载体表面，而这些小的镍纳米颗粒对氨分解反应具有更高的催化活性。目前常见的多孔载体有SBA-15、Al2O3、SiO2、MCM-41及碳纳米管等，这些载体具有较大的比表面积和发达的孔隙，但制备工艺复杂，成本较高。开发一种价格低廉、制备工艺简单的多孔载体来负载高活性催化剂组分是氨分解催化剂制备过程中面临的巨大挑战。该专利技术通过一系列实验发现，通过简单的酸处理，天然海泡石的比表面积可以进一步提高，而负载镍后得到的催化剂在氨分解产氢反应中表现出非常高的催化活性。而且海泡石为天然产物，来源广泛，价格低廉，因此催化剂的制备成本将大大降低，有利于工业化生产。

技术实现思路

本专利技术的目的是提供一种海泡石负载镍催化剂的制备方法。本专利技术采用价格低廉、比表面积大的天然化合物海泡石作为载体，通过简单的酸处理进一步提高其比表面积。然后将镍前驱体、尿素和处理后的海泡石按不同比例加入去离子水中，在油浴中进行水热反应。由于尿素在高温条件下会逐渐水解释放出氢氧化物，这些氢氧化物可以与镍离子结合形成颗粒小、分散性好的镍氢氧化物纳米颗粒，均匀地沉淀在海泡石载体表面。通过控制加热时间和进料配比，可以有效控制Ni纳米颗粒的尺寸和分散性，进而探索催化剂的最佳制备条件。由于该制备方法得到的Ni基催化剂中镍纳米粒子粒径小、分散性好，在氨分解催化反应中表现出优异的催化活性，更重要的是该催化剂价格低廉，制备简单，具有很大的工业生产价值。本发明提供了一种海泡石负载镍催化剂的制备方法，本发明的具体实施过程为：(1)首先将天然海泡石加入一定浓度的盐酸溶液中，室温下搅拌6～24小时，然后过滤，用去离子水洗涤至样品呈中性，烘干；(2)将步骤(1)得到的样品研磨、过筛，得到最终的改性海泡石载体； (3)将步骤(2)得到的样品加入去离子水中，再加入不同含量的镍前驱体和尿素，将得到的混合物在60～120℃的油浴中继续搅拌1～24小时，然后升温至室温；洗涤、过滤、干燥；(4)将步骤(3)得到的样品放入马弗炉中，以1～10℃/min的升温速率煅烧至400～900℃，煅烧时间1～6小时，最后冷却至室温，得到最终的镍/海泡石催化剂；(5)氨分解催化反应性能测试：取0.1～0.5g步骤(4)得到的催化剂样品加入到固定床反应器中，通入H2(10～50mL/min)，在400～700℃还原1小时；然后冷却至100℃以下进行氨分解活性测试，催化测试温度为300～700℃，反应时间为1～20小时。

本专利技术所述的镍/海泡石催化剂的制备方法，其特征在于实验步骤中盐酸溶液的浓度为1-6mol/L，海泡石与盐酸溶液的固液质量比为1:5-1:20。本专利技术所述的镍/海泡石催化剂的制备方法，其特征在于镍前驱体为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍，镍前驱体的加入量使得Ni2+与尿素的摩尔比为1:1-1:6，催化剂中镍的理论含量为0-40%。本专利技术的有益之处在于选用天然海泡石作为载体，通过简单的酸处理增加其比表面积。由于海泡石本身具有较大的比表面积、优良的孔结构、较高的热稳定性，通过酸处理进一步改善其孔结构，增加其比表面积。然后利用尿素在高温条件下逐渐水解的原理制备出高分散的镍/海泡石催化剂，该催化剂在氨分解制氢反应中表现出非常高的催化活性。本专利技术的突出优点是所用材料成本相对较低，其中海泡石为天然产物，来源广泛，环境友好，具有很大的潜在利用价值。另外，该催化剂制备工艺简单，操作方便，工艺条件方便，易于操作，非常有利于工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的样品的扫描电子显微镜图(SEM)；图2为本专利技术实施例1制备的样品的透射电子显微镜图(TEM)；图3为本专利技术实施例1、7、8制备的样品的氮吸附等温线图(a)及对应的孔径分布图(b)；图4为本专利技术实施例1至6制备的样品氨分解活性图。

具体实施方式下面为举例，根据本专利技术提供的具体实施方式如下：实施例1海泡石载体的预处理：选取10g海泡石置于250mL烧杯中，加入/L HCl溶液，室温下搅拌12h。然后用去离子水洗涤至中性，过滤，在110℃下干燥12h。将干燥后的样品研磨，过100目筛，最后得到处理后的海泡石载体（SP）。催化剂制备：首先称取1.982g Ni(NO3)2·6H2O加入到盛有100mL去离子水的烧杯中，剧烈搅拌，待Ni(NO3)2·6H2O完全溶解后，称取1.636g尿素加入到溶液中，搅拌至完全溶解。然后称取2g处理后的海泡石样品加入到上述混合溶液中，剧烈搅拌30min后，在90℃的油浴中处理10h，再超声波处理30min。随后用大量去离子水对所得样品进行清洗、过滤，在110℃的烘箱中干燥12h。最后将样品研磨、过100目筛，在马弗炉中煅烧3h，煅烧温度为700℃。所得样品即为海泡石负载镍催化剂(20%N/SP-700)。图1、图2分别为该样品的扫描电镜和透射电镜照片。从图1中可以看出，海泡石具有纤维状结构，纤维间相互交织形成一些疏松的通道。

负载镍催化剂后，催化剂的结构没有被破坏。从图2中可以看出，负载镍催化剂后的海泡石样品仍然保持着纤维状结构，在这些纤维结构的表面分散着一些细小的纳米颗粒。从高分辨镜头（图2d）上可以看到这些微小的纳米颗粒有明显的晶格条纹，经测量为0.21nm，为氧化镍的（200）晶面，说明镍成功负载在海泡石载体表面。实施例2海泡石载体的预处理：选取10g海泡石置于250mL烧杯中，加入/L HCl溶液，室温下搅拌12h。然后，用去离子水洗至中性，过滤，110℃烘干12h。将干燥后的样品研磨后过100目筛，最终得到处理后的海泡石载体（SP）。催化剂制备：先称取0.496g Ni

【技术保护要点】

一种高效氨分解催化剂的制备方法，其制备过程主要采用高比表面积的海泡石为载体，以硝酸镍为前驱体，制备用于氨催化分解的镍/海泡石复合催化剂，具体实验步骤为： (a)将干燥的天然海泡石样品用一定浓度的盐酸溶液处理，室温下搅拌6～24小时，然后过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥，再充分研磨过筛，即得改性海泡石； (b)将不同含量的改性海泡石与镍前驱体、尿素在水溶液中混合均匀，在油浴中以60～120℃的温度搅拌处理1～24小时，然后过滤、洗涤、干燥，以1～10℃/min的升温速率至400～900℃煅烧1～6小时，最后冷却至室温，即可得到高分散的镍/海泡石催化剂。

【技术特点概要】

1.一种高效氨分解催化剂的制备方法，其制备过程主要采用高比表面积的海泡石为载体，以硝酸镍为前驱体，制备用于氨催化分解的镍/海泡石复合催化剂，具体实验步骤为：(a)将干燥后的天然海泡石样品用一定浓度的盐酸溶液处理，室温下搅拌6～24小时，然后过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥，再充分研磨过筛，即得改性海泡石；(b)将改性海泡石与不同含量的镍前驱体、尿素混合于水溶液中，在温度为60～120℃的油浴中搅拌处理1～24小时，然后在1～24小时后过滤、洗涤、干燥、过滤。

【专利技术属性】

技术研发人员：袁仲勇、胡忠攀、

申请人（专利权人）：南开大学

类型：发明

国家省份: 天津, 12

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