[发明专利]一种碳包覆铜材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种碳包覆铜材料及其制备方法和应用。所述碳包覆铜材料是将硝酸铜和酒石酸配成溶液后，与甘油‑聚乙二醇(PEG)配置的溶液用浸渍法进行混合，水热反应之后将所得沉淀经干燥，在200～300℃热处理1～3h后进行还原反应制备得到。所得碳包覆铜材料将聚乙二醇(PEG)作为碳源引入，无需额外再加载体，生成的碳载体，既起到碳包覆又起到载体的作用。本发明所述的碳包覆铜材料作为催化剂应用在醇类液相重整制氢领域使具有更高催化活性，提高产氢速率的同时增加氢气选择性。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，更具体的，涉及一种碳包覆铜材料及其制备方法和应用。

背景技术

氢气因其更清洁、高效、安全、可持续等特点比其他燃料更有价值，许多的资源如天然气、核电、煤炭和生物质等都可以用来生产氢气。目前工业化的氢气生产中30％的氢气由从炼油厂/化工废气中合成，48％来自蒸汽甲烷重整，18％来自煤的气化，3.9％来自水的电解，0.1％来自其他途径，但这些方法由于大量排放有害气体不符合当下环保的理念。因此要使绿色制氢、绿色氢源工业应用过程变得可行，开发新的环保生产氢气工艺是当务之急。

近年来醇类重整制氢因其着反应条件温和、流程短、能耗小、装置简单等特点受到关注。醇类重整制氢目前主要分类两大类：蒸汽重整和液相重整。与传统的碳氢化合物经过气相重整制氢相比，液相重整制氢具有很多优势：首先，液相重整不需要将水和含氧碳氢化合物进行汽化，减少了大量能量。其次，在水相中溶解的含氧化合物是不易燃的，无毒或低毒的，可以安全地储存和处理，有效减少有害气体排放，绿色制氢的环保理念。其中甲醇(氢含量12.5wt％)作为氢载体，被认为是液体燃料中石油、天然气的替代品的“清洁能源”，甲醇液相重整制氢(APR)技术具有制氢原料来源广、转化温度低、能量消耗低，氢元素利用率高以及氢气产率高等诸多的优点。

APR技术的核心为催化剂，目前工业上广泛使用的醇类液相重整制氢催化剂是Cu系催化剂，该类催化剂无论是在醇类转化活性、反应选择性、操作温度以及原材料成本等方面都具有相对优势。但现有Cu系催化剂存在产氢速率低、氢气选择性不够造成后期气体提纯成本高等问题，亟需进一步的改良优化。

发明内容

本发明为克服现有技术所述醇类液相重制氢产氢速率低、氢气选择性不够的缺陷，提供一种应用在醇类液相重制氢催化领域的碳包覆铜材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述的碳包覆铜材料。

本发明的另一目的在于提供所述碳包覆铜材料的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种碳包覆铜材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将硝酸铜和酒石酸配成溶液A，甘油与数均分子量为3000～8000的聚乙二醇配成溶液B；

S2.将溶液A和B混合得到溶液C，溶液C中硝酸铜、酒石酸、甘油、聚乙二醇的质量比为1:(2～8):(80～150):(6～12)，进行水热反应，之后将所得固液混合物经离心，所得沉淀干燥，得到固体；

S3.将S2所得固体在惰性气体下200～300℃进行热处理1～3h，然后进行还原。

在本发明中，通过各原料的用量配比，由所述聚乙二醇(数均分子量 3000～8000)生成的碳载体，既到碳包覆的作用，又起到载体的作用。通过发明人研究发现，与额外添加载体相比，本发明制得碳包覆铜材料用作醇类液相重整制氢反应的催化剂时，所得产氢速率明显高于外加载体的制氢催化剂。在氢气选择性方面，由所述聚乙二醇生成的碳载体富含丰富的羟基，羟基中的氧原子能够与醇类溶液中的氢原子形成氢键，从而吸引更多的醇类溶液聚集在活性金属表面，发挥活性金属的催化作用，促进C-C键断裂而抑制C-O键断裂，促进水煤气变换反应而抑制甲烷化反应和费托合成反应，从而提高氢气的选择性和产氢速率。

本发明所述S2中溶液混合方式包括但不限于磁力搅拌、超声。