[发明专利]一种制氢催化剂载体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种制氢催化剂载体，其通过笼式多孔基本单元有序组合得到；所述有序组合的方式为：设置相邻的两个笼式多孔基本单元的中心之间的距离为笼式多孔基本单元中心径距离的二分之一；通过平移阵列的方式向两个互相垂直的方向分别复制生成新的笼式多孔基本单元；所有笼式多孔基本单元紧密结合，形成制氢催化剂载体；所述笼式多孔基本单元由六边形元素体几何变换得到；所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比大于4：1；所述制氢催化剂载体的原材料为钽金属粉末。本发明提供的制氢催化剂载体由于孔隙率高，使得甲醇重整制氢反应停留时间长，有利于重整反应充分进行，提高甲醇的转化率。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体而言，涉及一种制氢催化剂载体及其制备方法。

背景技术

甲醇作为一种氢源载体，具有比能量高、氢碳比高、来源广泛、可再生、储存运输方便等优点，利用甲醇与水蒸气进行重整是一种节能且高效的在线制氢技术。

微反应器是指基于精密加工技术制造出的拥有微米级通道特征尺寸的微型化学反应器。微反应器具有微小的通道特征尺寸、极大的比表面积以及优异的传热传质性能，能够实现反应原料的瞬间均匀混合、持续高效的热能传导，同时利于精确控制反应进程。由于微反应器优良的性能、紧凑的结构以及较高的产业化可行性，使其在甲醇重整制氢反应领域具有极其广阔的应用前景。

催化剂载体是甲醇重整制氢微反应器中的核心部件，具有微通道结构的催化剂载体为催化剂提供负载区域及支撑，同时为重整反应的进行提供大量的反应界面。目前甲醇重整制氢领域的研究表明：微通道制氢载体的结构极大地影响到微反应器的制氢性能，合理的微通道结构能够提高反应器的传热传质效率，使反应区域流场的流速分布更加均匀，改善反应区域温度场的梯度分布，从而提高甲醇制氢的反应效率，即提高甲醇的转化率。

当前常见的催化剂载体主要分为二维结构微通道载体及三维空间结构微通道载体。二维结构微通道载体是在催化剂载体表面加工出各种不同截面形状的平面图形化的微型凹槽，这些微通道凹槽按照形态特征可以分为：直线式、曲线式、微阵列式、仿生式等。二维微通道催化剂载体的制造方法一般为传统的机械加工方法，即车削加工、铣削加工、刨削加工等。二维结构由于维度较低，比表面积较小，从而导致反应效率较低。三维结构微通道是指具有空间维度的立体式结构微通道。目前对三维结构微通道催化剂载体的研究还处于前期探索阶段，主要包括一些多孔材料如：金属泡沫材料、金属粉末烧结材料以及金属纤维材料。金属泡沫材料一般采用熔体凝固法或金属沉积法制造，常见的金属泡沫材料包括：泡沫铜、泡沫铝、泡沫镍或泡沫合金。金属粉末烧结材料是以金属粉末为原材料，利用粉末颗粒之间的间隙，通过烧结在内部形成微通道结构，此种方式制造的载体孔隙率较低，且在制造过程中容易产生闭孔现象，微通道成型质量差。金属纤维材料与金属泡沫材料类似，同样具有三维网格空间结构，但其制造的载体有成型随机性大不便定参数控制等缺陷。

综上所述，经过申请人的海量检索，本领域至少存在制氢催化剂载体孔隙率低、成型随机性大、不便定参数控制等缺陷，使得制氢催化剂载体应用于甲醇重整制氢微反应器时，甲醇制氢的反应效率较低，即甲醇的转化率较低，需要开发或者改进一种制氢催化剂载体。

发明内容

基于此，为了解决制氢催化剂载体孔隙率低、成型随机性大、不便定参数控制的问题，本发明提供了一种制氢催化剂载体，具体技术方案如下：

一种制氢催化剂载体，其通过笼式多孔基本单元有序组合得到；

所述有序组合的方式为：设置相邻的两个笼式多孔基本单元的中心之间的距离为笼式多孔基本单元中心径距离的二分之一；通过平移阵列的方式向两个互相垂直的方向分别复制生成新的笼式多孔基本单元；所有笼式多孔基本单元紧密结合，形成制氢催化剂载体；

所述笼式多孔基本单元由六边形元素体几何变换得到；

所述六边形元素体的边长和所述六边形元素体的截面圆的半径之比大于4：1；