一种有机液体储氢催化剂的制备方法及制备装置与流程
本发明涉及储氢催化剂，具体涉及一种有机液体储氢催化剂的制备方法及制备装置。
背景技术：
1、氢作为未来社会最具代表性的清洁能源，在替代能源中脱颖而出，有望实现从化石资源向碳中和可再生能源的过渡。氢能技术包括大规模制氢、安全高效的储运、利用和基础设施几个方面。其中，如何安全的制氢和运输是最关键的技术之一。使用液态有机氢载体(lohc)，如芳烃化合物，可以使用现有的燃料油基础设施在环境条件下有效地储存和运输。利用液态芳烃作为储氢载体，可以稳定地将氢储存在液态化合物中，并且氢化后的液体可以在环境条件下储存和运输，从而可以长时间大量储存氢。然而lohc中的氢存储和脱出的动力学是缓慢的，需要借助催化剂来实现高效的氢存储/脱除。常用的用于lohc储氢/放氢催化剂多为贵金属pd，ru基催化剂（载体通常为al2o3，碳材料，sio2等），这类催化剂普遍存在着成本高昂的特点。
2、为降低成本，目前采取的主要解决方案有：
3、1）简化制备过程。通常为简化制备过程，采用最简单的浸渍法制备催化剂。然而通过浸渍法将贵金属催化剂均匀负载在载体上是一个挑战。虽然近些年来为解决这个问题，已有人提出了用喷雾式浸渍催化剂，并为该方法设计了喷雾式催化剂负载浸渍机，市场上也存在这种喷雾式催化剂负载浸渍机，然而这些设备设计过于复杂，成本高昂，更适用于大规模的工业化生产。而对于lohc储氢系统来说，该储氢方案大多还处于研究和中试阶段，直接购买适用于大规模工业生产的喷雾式浸渍设备是不适用的。
4、2）降低贵金属用量。该方案主要存在两个问题，首先降低了贵金属用量，让本来就难以均匀分散在载体上的贵金属催化剂，在分散均匀性上又上升了一个难度。其次贵金属催化剂的催化性能会随着贵金属用量的降低而下降。
5、3）增加催化剂的循环性能。增加贵金属催化剂的循环性能往往涉及到更加复杂的材料结构设计和复杂的制备工艺以及精确的工艺参数控制。
6、4）采用非贵金属催化剂。非贵金属催化剂应用在lohc中，往往具有着比贵金属催化剂相差甚远的催化性能。
技术实现思路
1、本发明的实施例提供了一种有机液体储氢催化剂的制备方法及制备装置，可以改善浸渍法制备有机液体储氢催化剂负载不均匀，加工成本高的技术问题。
2、第一方面，本发明的实施例提供了一种有机液体储氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：
3、将ru的无机化合物和/或pd的无机化合物的浸渍液超声雾化后，喷洒于旋转的催化剂载体上，再干燥、还原，得到有机液体储氢放氢催化剂；
4、所述ru的无机化合物包括十二羰基三钌、乙酰丙酮钌和乙酸钌中的一种或几种，所述pd的无机化合物包括乙酰丙酮钯和乙酸钯中的一种或几种。
5、在本技术的实施例中，通过将ru的无机化合物（钌基催化剂前驱体）和/或pd的无机化合物（钯基催化剂前驱体）超声雾化后，再喷洒于旋转的催化剂载体上，可以提升贵金属在载体上的分散均匀性，从而提高低含量贵金属催化剂对lohc的催化性能，且即便在非常低的活性物质负载下也能具有较高的负载均匀性，产品收率高。同时，采用十二羰基三钌、乙酰丙酮钌和乙酸钌以及乙酰丙酮钯和乙酸钯作为催化剂前驱体，其配体（如羰基、乙酰丙酮、乙酸根）容易被替换或修饰，从而可以根据特定催化反应的需求调整催化剂的结构和性能。在一实施例中，所述浸渍液的溶剂为丙酮，乙醇，n,n-二甲基甲酰胺，四氢呋喃中的一种或几种。
6、在本技术的实施例中，丙酮，乙醇，n,n-二甲基甲酰胺，四氢呋喃对本技术的催化剂前驱体具有良好的溶解性，从而可以提升催化剂前驱体的浸渍均匀性。
7、在一实施例中，所述有机液体储氢放氢催化剂中所述贵金属的含量为0.3%~3%。
8、在本技术的实施例中，贵金属的含量为0.3%~3%的有机液体储氢放氢催化剂的活性好，成本低。
9、在一实施例中，所述催化剂载体包括al2o3、sio2、tio2、活性炭和石墨烯中的一种或几种。
10、在本技术的实施例中，al2o3、sio2、tio2、活性炭和石墨烯具有良好的热稳定性、化学稳定性，与催化剂活性组分之间的相互作用力适中，且成本低。
11、在一实施例中，所述干燥的温度为100~140℃，时间为7~9 h；和/或
12、所述还原的温度为200~400℃，时间为1~4h，升温速率为2℃/min ~ 10℃/min，还原气氛为ar/h2。
13、第二方面，本发明的实施例提供了一种有机液体储氢放氢催化剂的制备装置，用于对有机液体储氢放氢催化剂进行超声雾化并负载于催化剂载体上，包括超声喷雾器、催化剂载体转盘和电动马达，所述超声喷雾器的出口与所述催化剂载体转盘连通，所述电动马达与所述催化剂载体转盘连接，以驱动所述催化剂载体转盘旋转。
14、在本技术的实施例中，超声喷雾器用于对催化剂前驱体进行超声雾化并喷洒输出，催化剂载体转盘用于承载催化剂载体，并旋转催化剂载体，以负载催化剂前驱体，从而可提高催化剂在催化剂载体上的分散均匀性，进而提高催化性能。
15、在一实施例中，所述催化剂载体转盘包括转盘本体和设置在转盘本体上的盖板，所述转盘本体内沿着所述转盘本体的径向设置有多个分隔板，以将所述转盘分隔为多个物料槽，多个所述物料槽靠近所述转盘中心的一端相互连通。
16、在本技术的实施例中，通过将转盘内空间沿径向分为多个物料槽，可以提升催化剂载体在转盘内分散均匀性，使催化剂载体在旋转时被均匀喷洒，从而提升催化剂在催化剂载体上的分散均匀性。
17、在一实施例中，所述超声喷雾器的出口与所述催化剂载体转盘通过连接管连接，以使所述超声喷雾器的出口与所述催化剂载体转盘连通。
18、在本技术的实施例中，通过将超声喷雾器的出口与催化剂载体转盘通过连接管连接，可以使催化剂前驱体有效被喷洒到催化剂载体上，避免浪费。
19、在一实施例中，所述转盘本体与所述盖板通过螺纹连接；和/或
20、所述连接管的出口端设置于所述催化剂载体转盘的中部。
21、在本技术的实施例中，通过将连接管的出口端设置于催化剂载体转盘的中部，可以使旋转起来的催化剂载体在催化剂载体转盘的中部有效负载催化剂前驱体，提升催化剂在催化剂载体上的分散均匀性。
22、在一实施例中，还包括支架，所述支架与所述电动马达通过万向联轴器连接。
23、在本技术的实施例中，万向联轴器可以调节转盘的旋转方向，从而可以根据催化剂载体的形态、大小、密度，调节转盘的旋转方向，使不同性质的催化剂载体在转盘中具有高分散性和均匀性。
24、在一实施例中，所述万向联轴器的可调节角度为沿水平方向上下各旋转35°以内；和/或
25、所述电动马达的转速为30 rpm~1000 rpm；和/或
26、所述催化剂载体转盘和所述支架为亚克力材质。
27、在本技术的实施例中，通过控制催化剂载体转盘的角度，再结合马达转速可以实现低活性催化组分负载，提高催化剂在载体上的分散均匀性。通过将催化剂载体转盘和支架采用亚克力材质制造，可以有效降低设备成本。
28、附图说明
29、为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30、图1是本发明的实施例提供的有机液体储氢放氢催化剂的制备装置的结构示意图；
31、图2是本发明的实施例提供的有机液体储氢放氢催化剂的制备装置的转盘本体的结构示意图；
32、图3是本发明的实施例1提供的有机液体储氢催化剂的制备方法所制备的催化剂的sem图；
33、图4是本发明的实施例2提供的有机液体储氢催化剂的制备方法所制备的催化剂的tem图。
技术特征：
1.一种有机液体储氢催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
4.一种有机液体储氢放氢催化剂的制备装置，用于对有机液体储氢放氢催化剂进行超声雾化并负载于催化剂载体上，其特征在于，包括超声喷雾器、催化剂载体转盘和电动马达，所述超声喷雾器的出口与所述催化剂载体转盘连通，所述电动马达与所述催化剂载体转盘连接，以驱动所述催化剂载体转盘旋转。
5.根据权利要求4所述的有机液体储氢放氢催化剂的制备装置，其特征在于，所述催化剂载体转盘包括转盘本体和设置在转盘本体上的盖板，所述转盘本体内沿着所述转盘本体的径向设置有多个分隔板，以将所述转盘分隔为多个物料槽，多个所述物料槽靠近所述转盘中心的一端相互连通。
6.根据权利要求5所述的有机液体储氢放氢催化剂的制备装置，其特征在于，所述超声喷雾器的出口与所述催化剂载体转盘通过连接管连接，以使所述超声喷雾器的出口与所述催化剂载体转盘连通。
7.根据权利要求6所述的有机液体储氢放氢催化剂的制备装置，其特征在于，所述转盘本体与所述盖板通过螺纹连接；和/或
8.根据权利要求4所述的有机液体储氢放氢催化剂的制备装置，其特征在于，还包括支架，所述支架与所述电动马达通过万向联轴器连接。
9.根据权利要求8所述的有机液体储氢放氢催化剂的制备装置，其特征在于，所述万向联轴器的可调节角度为沿水平方向上下各旋转35°以内；和/或
技术总结
本发明提供一种有机液体储氢催化剂的制备方法及制备装置，该制备方法，包括以下步骤：将Ru的无机化合物和/或Pd的无机化合物的浸渍液超声雾化后，喷洒于旋转的催化剂载体上，再干燥、还原，得到有机液体储氢放氢催化剂；所述Ru的无机化合物包括十二羰基三钌、乙酰丙酮钌和乙酸钌中的一种或几种，所述Pd的无机化合物包括乙酰丙酮钯和乙酸钯中的一种或几种。本申请通过将Ru的无机化合物和/或Pd的无机化合物超声雾化后，再喷洒于旋转的催化剂载体上，可以提升贵金属在载体上的分散均匀性，从而提高低含量贵金属催化剂对LOHC的催化性能。
技术研发人员：孙冰雪,谢镭,郑圳杰,吴勇
受保护的技术使用者：佛山清德氢能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23