一种碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法

本发明涉及化工生产领域，具体涉及一种碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法。

背景技术：

1、由于化石燃料的大量消耗及其燃烧带来的环境问题，氢气被认为是有望替代化石燃料的清洁能源。然而，氢气推广与使用因其具有高风险和低体积能量密度而面临着许多挑战，尤其是氢气的运输与储存。与气态储氢相比，醇类如甲醇、乙醇、丙醇等液体燃料制氢不仅消除了高压储氢的安全风险，还降低了运输成本，为氢气的开发与利用提供了另一种解决方案。另外，醇类水蒸汽重整制氢由于其过程控制简便、能量利用合理、在温和条件下氢气产量相对较高等特点，被认为是一种经济有效的方法。而目前商业醇类蒸汽重整制氢大量依赖热催化，消耗大量电能或化石能源，因此有待挖掘其他方法增加醇类蒸汽重整反应中氢气的产量。

2、基于tio2、zno、cds、ceo2、al2o3、wo3、zro2、sno2、coo、in2o3、c3n4所合成的具有半导体性质的材料具有良好的光响应性，用它们作为催化剂载体能够利用太阳能，降低醇类蒸汽重整的反应温度。目前，基于上述半导体，已有关于cu/tio2、pt/tio2、cu/zno/al2o3、ni/cds、pt/ceo2、cu/zro2催化剂用于醇类水蒸汽重整制氢的研究，其中cu/zno/al2o3为商业催化剂的代表。

3、仅从能量的角度克服醇类水蒸气制氢反应的热力学屏障仍是不足，还需考虑动力学因素。碱性条件下醇类更易活化，且反应产生的co2能被碱液吸收，促进反应的进行，因此碱性重整醇类水蒸汽制氢能获得更高的氢气产率。然而，催化剂与碱性溶液直接接触容易导致催化剂中毒、结构遭受破坏从而失活，严重影响催化剂寿命。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，此方法能在碱性条件下保持催化剂原有活性，并增加氢气产量。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、本发明提供了一种碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，包括以下步骤：

4、s1、取反应釜，该反应釜一端设有光窗，使反应釜外部光源可以进入反应釜内部；该反应釜内部设有多孔支撑架，用于支撑玻璃片；

5、s2、将碱性醇类水溶液加入到反应釜中，充当反应底物，放入多孔支撑架，将表面负载有催化剂的玻璃片放置在多孔支撑架上，所述表面负载有催化剂的玻璃片未浸入反应底物中；

6、s3、将含有光窗的反应釜安装完毕后，用惰性气体排出釜内空气，对反应釜进行加热，使用光源照射光窗，光透过光窗照射催化剂，汽化的醇类水蒸汽经过多孔支撑架与催化剂接触，发生重整反应制得氢气。

7、优选地，所述多孔支撑架可以是具有支撑脚的多孔金属片，也可以是通过卡槽支撑的多孔金属片。

8、优选地，所述碱性醇类水溶液中的醇类包括甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、丙三醇、戊三醇中的一种或几种。

9、优选地，所述碱性醇类水溶液中的碱性物质包括lioh、naoh、koh、rboh、csoh、be(oh)2、ca(oh)2、sr(oh)2、ba(oh)2、ra(oh)2、li2co3、lihco3、na2co3、nahco3、k2co3、khco3、rb2co3、rbhco3、cs2co3、cshco3、li3po4、li2hpo4、lih2po4、na3po4、na2hpo4、nah2po4、k3po4、k2hpo4、kh2po4、rb3po4、rb2hpo4、rbh2po4、cs3po4、cs2hpo4、csh2po4、li2so3、lihso3、na2so3、nahso3、k2so3、khso3、rb2so3、rbhso3、cs2so3、cshso3中的一种或几种。

10、本发明中，所述碱性醇类水溶液中所含的盐、醇、水可以是任意配比。

11、本发明中，所述反应釜为间歇反应釜。

12、优选地，所述表面负载有催化剂的玻璃片通过以下步骤制备得到：将催化剂均匀分散在溶剂中，滴到玻璃片上，干燥，溶剂蒸发后得到表面负载有催化剂的玻璃片。本发明中，并不限定具体的溶剂，能够使催化剂均匀分散即可。

13、进一步优选地，所述催化剂为负载有活性金属的光敏性催化剂中的至少一种。

14、进一步优选地，所述催化剂的载体为tio2、zno、cds、ceo2、al2o3、wo3、zro2、sno2、coo、in2o3、mgo、c3n4中的一种或几种，所述催化剂的负载金属为pt、pd、ru、ir、au、ag、la、cu、ni、co、fe、ce、zn、al、sm、gd、zr、b中的至少一种。

15、优选地，步骤s3中，所述反应釜加热至100～500℃；进一步优选地，步骤s3中，所述反应釜加热至150～250℃。

16、优选地，步骤s3中，用惰性气体排出釜内空气后，使用惰性气体将压力增至0～10mpa，然后对反应釜进行加热；进一步优选地，步骤s3中，用惰性气体排出釜内空气后，使用惰性气体将压力增至1～10mpa，然后对反应釜进行加热。

17、本发明中，所述惰性气体为n2、he、ne、ar、kr、xe中至少一种。

18、优选地，步骤s3中，所述光源的光功率密度为0～1000w/m2；进一步优选地，步骤s3中，所述光源的光功率密度为100～1000w/m2。

19、本发明中，所述光源可为氙灯，或其他可平替的光源，本发明中并不做限定。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、本发明将催化剂和碱性醇类水溶液进行分离，能在相同反应条件下实现更高的氢气产量，减少了电能或化石燃料的消耗，有助于降低生产成本。

技术特征：

1.一种碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，其特征在于，所述多孔支撑架可以是具有支撑脚的多孔金属片，也可以是通过卡槽支撑的多孔金属片。

3.根据权利要求1所述的碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，其特征在于，所述碱性醇类水溶液中的醇类包括甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、丙三醇、戊三醇中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，其特征在于，所述碱性醇类水溶液中的碱性物质包括lioh、naoh、koh、rboh、csoh、be(oh)2、ca(oh)2、sr(oh)2、ba(oh)2、ra(oh)2、li2co3、lihco3、na2co3、nahco3、k2co3、khco3、rb2co3、rbhco3、cs2co3、cshco3、li3po4、li2hpo4、lih2po4、na3po4、na2hpo4、nah2po4、k3po4、k2hpo4、kh2po4、rb3po4、rb2hpo4、rbh2po4、cs3po4、cs2hpo4、csh2po4、li2so3、lihso3、na2so3、nahso3、k2so3、khso3、rb2so3、rbhso3、cs2so3、cshso3中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，其特征在于，所述表面负载有催化剂的玻璃片通过以下步骤制备得到：将催化剂均匀分散在溶剂中，滴到玻璃片上，干燥，溶剂蒸发后得到表面负载有催化剂的玻璃片。

6.根据权利要求5所述的碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，其特征在于，所述催化剂为负载有活性金属的光敏性催化剂中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，其特征在于，所述催化剂的载体为tio2、zno、cds、ceo2、al2o3、wo3、zro2、sno2、coo、in2o3、mgo、c3n4中的一种或几种，所述催化剂的负载金属为pt、pd、ru、ir、au、ag、la、cu、ni、co、fe、ce、zn、al、sm、gd、zr、b中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，其特征在于，步骤s3中，所述反应釜加热至100～500℃。

9.根据权利要求1所述的碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，其特征在于，步骤s3中，用惰性气体排出釜内空气后，使用惰性气体将压力增至0～10mpa，然后对反应釜进行加热。

10.根据权利要求1所述的碱性气-固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，其特征在于，步骤s3中，所述光源的光功率密度为0～1000w/m2。

技术总结本发明公开了一种碱性气‑固相光热催化重整醇类水蒸汽制氢方法，所述方法包括以下步骤：S1、取反应釜，该反应釜一端设有光窗，反应釜内部设有多孔支撑架，用于支撑玻璃片；S2、将碱性醇类水溶液加入到反应釜中，充当反应底物，放入多孔支撑架，将表面负载有催化剂的玻璃片放置在多孔支撑架上，所述表面负载有催化剂的玻璃片未浸入反应底物中；S3、反应釜安装完毕后，用惰性气体排出釜内空气，对反应釜进行加热，光源透过光窗照射催化剂，汽化的醇类水蒸汽经过多孔支撑架与催化剂接触，制得氢气。本发明将催化剂和碱性醇类水溶液进行分离，能在相同反应条件下实现更高的氢气产量，减少了电能或化石燃料的消耗，有助于降低生产成本。技术研发人员：李垒,姚成灏,邓威威,林展受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11