[发明专利]等离子体协同金属氧化物催化氨分解制氢设备及实验方法

权利要求书

1.等离子体协同金属氧化物催化氨分解制氢设备，包括氨气瓶、质量流量计、热电偶、催化剂、等离子体电源设备、示波器、石英管反应器、在线气相色谱仪，其特征在于，所述氨气瓶排气口和质量流量计的进气口连接，质量流量计的排气口和石英管反应器的进气口连接；所述石英管反应器的进气口侧绝缘安装有接线桩，接线桩的外侧端及反应器的低压电极、示波器的检测端口和等离子体电源设备的电源输出端分别电性连接；等离子体协同金属氧化物催化氨分解制氢设备的实验方法，包括如下步骤，步骤A：制备催化剂；步骤B:将催化剂装调至石英管反应器内，在石英管反应器内安装高压电极，催化剂两边采用石英棉进行填充以防止催化剂被反应气体吹走，并关闭反应器的加料口；步骤C：使用铝箔纸作为低压电极包覆在石英管催化剂填充区外壁，用石棉布对反应区进行包裹以到达保温的作用，将电源高低压线与反应装置上高低压线对应连接；步骤D：往石英管反应器内通入氨气、流量范围为20～400ml/min，反应时间＞60mins，调节等离子体电源设备的电源电压，再调节电源电流至放电成功，通过示波器对放电的强弱状态进行观察，收集放电数据；步骤E：放电成功后会先反应一段时间将催化剂上的RuO₂还原成真正的活性物种Ru颗粒，然后等待反应稳定，氨气在催化剂及等离子体电源作用下，常温条件下分解成氢气并，过程中，分解后的氢气和氮气进入气相色谱仪进行定性定量分析，热偶对反应区的温度进行检测。

2.根据权利要求1所述的等离子体协同金属氧化物催化氨分解制氢设备的实验方法，其特征在于，步骤A的催化剂制备过程如下，(1)载体烘焙除杂，载体是金属氧化物；(2)配制一定负载量有效成分的RuCl₃前驱体溶液；(3)：向载体滴加前驱体溶液至液体刚好被吸收不再溢出，搅拌均匀后静置一段时间；(4)：将步骤(3)所得载体放入冰箱冷冻结冰，再放入真空冷冻干燥机冷冻干燥一段时间；(5)：取出冷冻干燥后载体烘焙一段时间；(6)重复3-5过程，总共3次。

3.根据权利要求2所述的等离子体协同金属氧化物催化氨分解制氢设备的实验方法，其特征在于，载体烘焙除杂是在400℃条件下烘焙5h；金属氧化物是Al₂O₃、Y₂O₃、SiO₂、La₂O₃、CeO₂、ZnO、TiO₂、ZrO₂等中的一种；前驱体溶液和金属氧化物比例是0.3％：1.5％；搅拌均匀后静置时间为12h；真空冷冻干燥机冷冻干燥时间为12-24h；冻干燥后载体在540℃条件下烘焙5h。

4.根据权利要求1所述的等离子体协同金属氧化物催化氨分解制氢设备的实验方法，其特征在于，氨气分解为氮气和氢气化学方程式为2NH3＝N2+3H2，具体反应中，氨气分解生成氮气和氢气的反应是一个中等吸热反应(46.4kJ/mol)，氨气在催化剂表面分解是一系列逐级脱氢过程，金属片介质阻挡放电等离子体是在常温常压下实现的,非常有效实现了氢气分子活化手段,使氨气分子激发、离解和电离,形成高能活化状态的反应氢气。

5.根据权利要求1所述的等离子体协同金属氧化物催化氨分解制氢设备的实验方法，其特征在于，实验中，因为氮气流量较小，采用低浓度的硫酸溶液(分布于反应区内下端)就可吸附回收。