[发明专利]碘化氢催化分解用活性炭的添加活性金属改性的方法

说明书

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及碘化氢催化分解用活性炭的添加活性金属改性的方 法。

背景技术

大规模低成本制氢是发展氢能经济的基础，传统的制氢方法都是以化石燃料为原料，随 着化石燃料的减少，人们转而寻求以水作为制氢原料。水的分解有电分解、热分解和光分解 等几种方法。水的电分解成本太高，光分解离实用距离尚远，因此水的热化学分解引起了广 泛注意。水的直接热分解至少需要2773K的高温，在这样的温度下，装置材料和分离氢、氧 的膜材料都无法正常工作。能否通过一系列的化学反应在较温和的条件下实现水的高效分解 呢？热化学循环水分解制氢方法正是基于以上设想，采用一系列反应物可循环使用的化学反 应，最终实现水的分解，能量利用效率可望达到50％以上。

热化学循环制氢方法的研究自上世纪60年代开始起步，其最大特点是能量转化效率高、 所需热能温度较低、反应物质循环利用、能够实现大规模的连续制氢。2002年，美国GA (General Atomics)、Sandia国家实验室和肯塔基大学联合对115种热化学循环进行了筛选， 在众多的循环中，热化学硫碘循环(sulfur-iodine thermochemical cycle，简写为SI或IS)由 于其反应步骤简化、反应条件温和、循环效率高，最终选定该循环作为制氢的理想循环。近 年在美国、日韩和欧洲得到高度重视，成为当前国际上本领域研究的学术前沿和热点问题， 各国纷纷投入大量人力、物力竞相开展相关研究。因此，开展热化学硫碘循环制氢的基础研 究不仅具有十分重大的科学意义，而且具有广泛的、现实的应用背景。

热化学硫碘循环由三个化学反应组成：

I₂+SO₂+2H₂O→2HI+H₂SO₄(20～120℃)    (1)

2HI→I₂+H₂(300～500℃)              (2)

H₂SO₄→SO₂+H₂O+0.5O₂(800～850℃)    (3)

反应(2)为碘化氢的分解，在300-500℃温度下生成H₂和I₂，是热化学硫碘循环产生氢气 的关键步骤。考虑到设备材料的承受能力及能耗问题，碘化氢气体分解的温度不应太高，但 中低温下均相化学反应的速率有限，因此，普遍使用催化剂来加快碘化氢气体分解的速率。 在碘化氢催化分解的早期研究中，铂、金等贵金属是研究最多的催化剂。国内清华大学发明 专利200710121484.5(一种碘化氢催化分解用催化剂的制备方法，2008年3月12日)提出将贵 金属负载到载体上，其中载体可以是碳载体。但贵金属价格昂贵，因此研究新的廉价而且高 效的催化剂成为热化学水分解硫碘循环制氢的关键科学问题。英国发明专利British Talent 796，049(Process for the recovery of iodine from hydrogen iodide，1958年6月4日)提供了一种 碘化氢中回收碘单质的工艺，采用不定型碳作为碘化氢催化分解的催化剂。但直接购买的商 业活性炭可能由于各种因素造成催化性能并不十分理想。

发明內容

本发明要解决的技术问题是，克服目前存在的碘化氢分解用贵金属催化剂价格昂贵、非 贵金属催化剂活性普遍不好、部分损耗、批量制备工艺复杂的缺点，提供一种碘化氢催化分 解用活性炭的添加活性金属改性的方法。

在传统碘化氢分解用催化剂中，活性炭只是作为催化剂的载体来负载贵金属。为了解决 传统碘化氢分解用催化剂存在的价格昂贵问题，本发明直接将活性炭作为碘化氢催化分解用 催化剂，并采用添加活性金属改性处理以提高催化性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的碘化氢催化分解用活性炭的添加活性金属改性的方 法，包括步骤：

(1)先将活性炭加入浓度为2～10mol/L的酸的水溶液中，在20～90℃温度下恒温搅拌 1～3h，再以去离子水过滤洗涤，110℃烘干备用；

(2)根据金属负载量配制相应浓度的过渡金属盐溶液作为浸渍液；