加氢催化材料、制备方法及应用与流程

1.本发明是关于液体储氢催化技术，特别是关于一种加氢催化材料、制备方法及应用。


背景技术：

2.氢能是一种清洁高效、资源丰富且能量密度高的能源载体，氢能的大规模应用可缓解传统化石能源储量紧缺以及环境污染、温室效应等问题，对人类社会的可持续发展至关重要。
3.目前常用的氢能存储方式有液态储氢、高压气态储氢以及固态储氢三种形式。加压储氢是最早被研究应用的，但是该储氢技术储氢质量密度低且容易产生氢脆现象，存在潜在危险性；低温液态储氢需要绝热性能优异的液化储罐，对材料要求苛刻；固态储氢虽有较大的体积储量，但是储氢材料会变质，产生氢损伤及氢腐蚀等现象，影响氢载体的循环利用。液相有机物储氢技术研究于20世纪80年代，该技术利用有机物中的不饱和键实现氢气的储存和释放。与上述几种储氢方式相比，液相有机物储氢所用氢载体因与汽油性质类似，可利用现有油类运输设备，且质量储氢密度较大(苯为7.19％，甲苯为6.18％)，储氢反应高度可逆。此外，氢载体(如苄基甲苯、二苄基甲苯、n-乙基咔唑等)物化性质稳定，可以循环利用，使用期限约为20年。
4.液相有机物储氢技术所用的加、脱氢催化剂一般为ru/pt负载在al2o3、tio2、sio2、分子筛、活性炭等，但是贵金属催化剂价格昂贵，很大程度上限制了其工业化生产应用。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种加氢催化材料、制备方法及应用，通过采用镍/钼非贵金属配合的催化剂材料，在有效降低催化剂成本的同时，还充分地改善了催化性能。
7.为实现上述目的，本发明的实施例提供了加氢催化材料，包括载体和催化剂，催化剂在载体上的负载量为5-12.5wt.％，其中所述催化剂包括镍元素和钼元素，并且镍元素和钼元素的质量比为(1-4)：1。
8.在本发明的一个或多个实施方式中，载体为al2o3载体或氧化锆载体或沸石载体。
9.在本发明的一个或多个实施方式中，加氢催化材料的制备方法，包括如下步骤：a、准备适量的钼源溶液，以钼源溶液浸润载体，烘干干燥后，在空气氛围下煅烧，获得催化剂前驱体一；b、准备适量的镍源溶液，以镍源溶液浸润催化剂半成品，烘干干燥后，在空气氛围下煅烧，获得催化剂前驱体二；c、催化剂前驱体二在氢气氛围下，煅烧，获得。
10.在本发明的一个或多个实施方式中，步骤a中钼源溶液为钼酸盐溶液，该溶液的溶剂为超纯水或者无水乙醇。
11.在本发明的一个或多个实施方式中，步骤b中镍溶液为硝酸镍的水溶液或者乙醇
溶液，该溶液的溶剂为超纯水或者无水乙醇。
12.在本发明的一个或多个实施方式中，步骤a或步骤b中烘干干燥为：在80-120℃下干燥18-36h。
13.在本发明的一个或多个实施方式中，步骤a或步骤b中煅烧均为：空气气氛下，300-400℃煅烧4-6h。
14.在本发明的一个或多个实施方式中，步骤c中氢气氛围为在管式炉中40-60ml/min。
15.在本发明的一个或多个实施方式中，步骤c中煅烧为500-550℃煅烧4-6h。
16.在本发明的一个或多个实施方式中，如前述的加氢催化材料在液体储氢中的加氢应用。
17.在本发明的一个或多个实施方式中，加氢应用时，具体为：控制催化剂的用量为载体质量的5-10％；对合格(如反应装置预先通过保压气密性检验等)的反应装置进行排空处理；加热、搅拌条件下进行反应直至反应终止。优选的，反应终止为在反应过程中监控反应装置的压降，至压力状态稳定(不再降低)则表明反应终止。优选的，反应温度为180-200℃。优选的，搅拌速度为1300-1500rpm。
18.与现有技术相比，根据本发明实施方式的加氢催化材料、制备方法及应用，具有如下优势：
19.现有催化剂多采用贵金属负载，价格昂贵，本专利中的催化剂采用ni、mo非贵金属负载氧化铝，节约了经济成本；
20.有益效果：
21.降低了催化剂制备成本，贵金属催化剂造价高，本实验中所使用的ni、mo为非贵金属催化剂，但是在加氢时间上，与贵金属催化剂相比，催化性能较好；
22.载体氧化铝有较好的适应性，根据反应需要可选择不同孔径大小的氧化铝载体，价格便宜，节约了合成成本及经济成本；
23.催化剂为ni、mo双金属，协同发挥作用，促进了加氢效率的提高。
附图说明
24.图1是根据本发明一实施方式的不同比例催化剂的压力-时间曲线；
25.图2是根据本发明一实施方式的不同比例催化剂的xrd图；
26.图3是根据本发明一实施方式的氢载体苄基甲苯加氢后的gc-ms图。
具体实施方式
27.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
28.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
29.实施例1
30.如图1至图3所示，根据本发明优选实施方式的加氢催化材料：
31.氢载体(液相有机物)为苄基甲苯，加氢催化材料为ni-mo/al2o3。
32.加氢催化材料制备：
33.1)、配制一定浓度的钼酸铵溶液，溶剂为超纯水，得溶液a；
34.2)、采用等体积浸渍法制备，将溶液a浸润于al2o3载体中，得前驱体b；
35.3)、将前驱体b置于烘箱中，在100℃下干燥24h，得干燥后的产品c；
36.4)、将产品c置于马弗炉中煅烧，空气气氛，350℃煅烧4h，获得产物d；
37.5)、再配制一定浓度的硝酸镍溶液，溶剂为超纯水，得溶液e；
38.6)、同理地，重复依据2)、3)、4)步骤将ni负载于产物d上，得产物f；
39.7)、将产物f置于管式炉中，氢气气氛，流量为40-60ml/min，500℃煅烧4h，制得催化剂，命名为ni-mo/al2o3。
40.加氢测试条件：
41.加氢设备：高温高压反应釜，含机械搅拌装置，并配备有温度、压力、反应时间的参数面板，与电脑通过数据线连接可记录各参数数值，频次为13s/次。反应釜含有进气口和出气口，球阀控制开关，进气口可通入氮气/氢气，出气口连接排空管道。
42.加氢实验步骤：
43.加料：在反应釜中装入40g的苄基甲苯(简写为mbt)以及5wt.％-mbt(指占mbt质量5％的催化剂)的ni-mo/al2o3催化剂，质量为2g；
44.保压：安装好反应釜及管道，反应釜内氮气(约2-3mpa)保压30min，压力几乎维持不变视为不漏气；
45.置换：为保证釜内空气排尽，先用氮气(约1-2mpa)吹扫3次，再用氢气(约1-2mpa)吹扫3次，排空完后表压为0mpa，关闭进出口阀门；
46.加热：设置反应温度为200℃，搅拌速度为1500rpm，炉温开始升高，进入加热状态；
47.反应：待温度维持在200℃左右，通入氢气(7-8mpa)开始加氢反应，电脑记录压降及时间变化。
48.结束：待测量压力不再变化时，关闭加热、搅拌及进出口阀门，停止反应。
49.1)不同比例催化剂的加氢效果：
[0050][0051][0052]
2)采用7.5％ni-2.5％mo/al2o3催化剂完成加氢反应后，氢载体苄基甲苯加氢后的
gc-ms峰及产物比例如图3所示(由于上述四种比例的催化剂均已加氢完全，因此本实例中只选取一种比例展示)，其中苄基苯为原料苄基甲苯中所含有的微量杂质，也加氢完全。
[0053]
实施例2
[0054]
根据本发明优选实施方式的加氢催化材料：
[0055]
氢载体(液相有机物)为苄基甲苯，加氢催化材料为ni-mo/氧化锆。
[0056]
加氢催化材料制备：
[0057]
1)、配制一定浓度的钼酸钠溶液，溶剂为超纯水，得溶液a；
[0058]
2)、采用等体积浸渍法制备，将溶液a浸润于氧化锆载体中，得前驱体b；
[0059]
3)、将前驱体b置于烘箱中，在80℃下干燥18h，得干燥后的产品c；
[0060]
4)、将产品c置于马弗炉中煅烧，空气气氛，400℃煅烧5h，获得产物d；
[0061]
5)、再配制一定浓度的硝酸镍溶液，溶剂为超纯水，得溶液e；
[0062]
6)、同理地，重复依据2)、3)、4)步骤将ni负载于产物d上，得产物f；
[0063]
7)、将产物f置于管式炉中，氢气气氛，流量为40-60ml/min，500℃煅烧4h，制得催化剂，命名为ni-mo/氧化锆。
[0064]
加氢测试条件：
[0065]
加氢设备：高温高压反应釜，含机械搅拌装置，并配备有温度、压力、反应时间的参数面板，与电脑通过数据线连接可记录各参数数值，频次为13s/次。反应釜含有进气口和出气口，球阀控制开关，进气口可通入氮气/氢气，出气口连接排空管道。
[0066]
加氢实验步骤：
[0067]
加料：在反应釜中装入40g的苄基甲苯(简写为mbt)以及7.5wt.％-mbt的ni-mo/氧化锆催化剂，质量为3g；
[0068]
保压：安装好反应釜及管道，反应釜内氮气(约2-3mpa)保压30min，压力几乎维持不变视为不漏气；
[0069]
置换：为保证釜内空气排尽，先用氮气(约1-2mpa)吹扫3次，再用氢气(约1-2mpa)吹扫3次，排空完后表压为0mpa,关闭进出口阀门；
[0070]
加热：设置反应温度为180℃，搅拌速度为1400rpm，炉温开始升高，进入加热状态；
[0071]
反应：待温度维持在180℃左右，通入氢气(7-8mpa)开始加氢反应，电脑记录压降及时间变化。
[0072]
结束：待测量压力不再变化时，关闭加热、搅拌及进出口阀门，停止反应。
[0073]
1)不同比例催化剂的加氢效果：
[0074][0075][0076]
实施例3
[0077]
根据本发明优选实施方式的加氢催化材料
[0078]
氢载体(液相有机物)为苄基甲苯，加氢催化材料为ni-mo/al2o3。
[0079]
加氢催化材料制备：
[0080]
1)、配制一定浓度的钼酸钾溶液，溶剂为无水乙醇，得溶液a；
[0081]
2)、采用等体积浸渍法制备，将溶液a浸润于沸石载体中，得前驱体b；
[0082]
3)、将前驱体b置于烘箱中，在120℃下干燥36h，得干燥后的产品c；
[0083]
4)、将产品c置于马弗炉中煅烧，空气气氛，300℃煅烧6h，获得产物d；
[0084]
5)、再配制一定浓度的硝酸镍溶液，溶剂为无水乙醇，得溶液e；
[0085]
6)、同理地，重复依据2)、3)、4)步骤将ni负载于产物d上，得产物f；
[0086]
7)、将产物f置于管式炉中，氢气气氛，流量为40-60ml/min，500℃煅烧4h，制得催化剂，命名为ni-mo/al2o3。
[0087]
加氢测试条件：
[0088]
加氢设备：高温高压反应釜，含机械搅拌装置，并配备有温度、压力、反应时间的参数面板，与电脑通过数据线连接可记录各参数数值，频次为13s/次。反应釜含有进气口和出气口，球阀控制开关，进气口可通入氮气/氢气，出气口连接排空管道。
[0089]
加氢实验步骤：
[0090]
加料：在反应釜中装入40g的苄基甲苯(简写为mbt)以及10wt.％-mbt的ni-mo/沸石催化剂，质量为4g；
[0091]
保压：安装好反应釜及管道，反应釜内氮气(约2-3mpa)保压30min，压力几乎维持不变视为不漏气；
[0092]
置换：为保证釜内空气排尽，先用氮气(约1-2mpa)吹扫3次，再用氢气(约1-2mpa)吹扫3次，排空完后表压为0mpa,关闭进出口阀门；
[0093]
加热：设置反应温度为190℃，搅拌速度为1300rpm，炉温开始升高，进入加热状态；
[0094]
反应：待温度维持在190℃左右，通入氢气(7-8mpa)开始加氢反应，电脑记录压降
及时间变化。
[0095]
结束：待测量压力不再变化时，关闭加热、搅拌及进出口阀门，停止反应。
[0096]
1)不同比例催化剂的加氢效果：
[0097]
序号催化剂加氢时间/min样品12.5％ni-2.5％mo/沸石39.0样品25.0％ni-2.5％mo/沸石35.5样品37.5％ni-2.5％mo/沸石29.0样品410.0％ni-2.5％mo/沸石32.0样品57.5％ni/沸石50.0样品62.5％mo/沸石无穷大
[0098]
实施例4
[0099]
根据本发明优选实施方式的加氢催化材料：
[0100]
氢载体(液相有机物)为苄基甲苯，加氢催化材料为ni-mo/al2o3。
[0101]
加氢催化材料制备：
[0102]
1)、配制一定浓度的钼酸铵溶液，溶剂为超纯水或无水乙醇，得溶液a；
[0103]
2)、采用等体积浸渍法制备，将溶液a浸润于al2o3载体(依据下表针对不同的样品采用不同规格的al2o3载体)中，得前驱体b；
[0104]
3)、将前驱体b置于烘箱中，在100℃下干燥24h，得干燥后的产品c；
[0105]
4)、将产品c置于马弗炉中煅烧，空气气氛，350℃煅烧4h，获得产物d；
[0106]
5)、再配制一定浓度的硝酸镍溶液，溶剂为超纯水或无水乙醇，得溶液e；
[0107]
6)、同理地，重复依据2)、3)、4)步骤将ni负载于产物d上，得产物f；
[0108]
7)、将产物f置于管式炉中，氢气气氛，流量为40-60ml/min，500℃煅烧4h，制得催化剂，命名为ni-mo/al2o3。
[0109]
加氢测试条件：
[0110]
加氢设备：高温高压反应釜，含机械搅拌装置，并配备有温度、压力、反应时间的参数面板，与电脑通过数据线连接可记录各参数数值，频次为13s/次。反应釜含有进气口和出气口，球阀控制开关，进气口可通入氮气/氢气，出气口连接排空管道。
[0111]
加氢实验步骤：
[0112]
加料：在反应釜中装入40g的苄基甲苯(简写为mbt)以及5wt.％-mbt的ni-mo/al2o3催化剂，质量为2g；
[0113]
保压：安装好反应釜及管道，反应釜内氮气(约2-3mpa)保压30min，压力几乎维持不变视为不漏气；
[0114]
置换：为保证釜内空气排尽，先用氮气(约1-2mpa)吹扫3次，再用氢气(约1-2mpa)吹扫3次，排空完后表压为0mpa,关闭进出口阀门；
[0115]
加热：设置反应温度为200℃，搅拌速度为1500rpm，炉温开始升高，进入加热状态；
[0116]
反应：待温度维持在200℃左右，通入氢气(7-8mpa)开始加氢反应，电脑记录压降及时间变化。
[0117]
结束：待测量压力不再变化时，关闭加热、搅拌及进出口阀门，停止反应。
[0118]
1)不同催化剂的加氢效果：
[0119][0120]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。