[发明专利]甲醇水蒸气重整制氢体系催化剂的担载方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能提高甲醇水蒸气微型重整器性能的催化剂的担载方法。

背景技术

燃料电池是21世纪首选的无污染、能量转换效率高的发电技术，在航天、军事、通讯和交通等领域有着广泛的用途。燃料电池所用的燃料从使用性能上来说氢气是理想的选择，氢燃料电池用于电动汽车上基本可以实现“零排放”。但是氢气属于易燃易爆气体，在运输、储存等方面具有较大的安全隐患，因此可以利用能提供即时氢能源的微型重整器解决这一问题。微型甲醇重整器具有良好的传热和传质特性，并且其具有较大的内部多相系统反应面积。间接甲醇燃料电池是将甲醇经过重整器转化成氢气再供给燃料电池的发电装置，它集成了纯氢燃料电池在低温快启动、功率、能量转换率等方面的优越性。

微型甲醇重整器中催化剂的担载是一个重要部分，担载过程中如何保证催化剂活性组分分布均匀以及催化剂与反应物有较大的接触面积，对提高催化剂利用率、甲醇转换率和电池寿命具有十分重要的意义。另外，将甲醇气化后通入重整器中会有较大气压存在，容易将载体上附着的催化剂颗粒吹落造成气体出口的堵塞，所以催化剂的附着性也是催化剂担载过程中需要考虑的重要问题。

发明内容

为了解决催化剂脱落造成的重整器性能下降以及脱落的催化剂堵塞出气孔等问题，本发明提供了一种甲醇重整水蒸气制氢体系的担载方法，将商业成品铜基甲醇催化剂担载到微流道铝板载体上。

所述目的是通过以下技术方案实现的：

一种甲醇水蒸气制氢体系催化剂的担载方法，对微流道铝板表面进行电化学刻蚀及氧化的表面处理增大其表面的粗糙度，以表面经过电化学刻蚀的微流道铝板为载体，将商业成品铜基催化剂球磨成纳米颗粒制成稳定的悬浊液，然后利用浸泡法将催化剂担载到载体上。具体步骤如下：

一、微流道载体的制备过程：

取一块适当大小的铝板，在其表面的一侧用雕刻机做出实验所需大小的流道。将其表面洗干净后放入0.05-0.15mol/l的氯化钠电解质溶液中，将铝板作为阳极，石墨板作为阴极，室温下通入电流密度为10-30ms/cm²、电压为2-10V的恒定电流电化学刻蚀1-3h。刻蚀完成后将铝片用乙醇和去离子水依次超声清洗，然后放入干燥箱中烘干。接下来将其放入1-2mol/l的稀硝酸中氧化1-2天，使其表面形成一层氧化膜。

二、催化剂悬浊液的制备：

将商业成品铜基甲醇重整催化剂放入研钵中，手动研磨成较小催化剂颗粒，然后将其放入玛瑙罐中加入适量的去离子水利用高能球磨机湿磨直至形成纳米颗粒催化剂。高能球磨机的转速为200-300r/min，球磨时间为12-24h。将湿磨好的催化剂加入适量的去离子水，超声波振荡，然后加入少许稀硝酸，超声波振荡，接着磁力搅拌形成均匀稳定的悬浊液。其中催化剂的含量为5-10wt.%，稀硝酸的含量为0.5-1.0mol/l，每克催化剂对应的稀硝酸量为0.2-0.5ml。加入少许的稀硝酸是为了防止催化剂颗粒凝聚，保证悬浊液的稳定性。

三、催化剂在微流道载体上的淀积过程：

首先将微流道载体慢慢浸入配好的悬浊液中，稍后用蠕动泵将其缓慢匀速取出，此时多余的浆料将沿着流道滑落，然后将其放入60℃恒温箱中烘干30-40min，最后将其放入有机玻璃做成的重整室中，用高压气枪向重整室中鼓入大量气体以增大腔内气压，将附着不牢固的催化剂从载体上吹掉。

四、重复步骤三，在微流道载体上便能附着一定量附着性较好的催化剂。其中催化剂的担载量为10-40mg.cm^-2。

本发明中，微流道铝板的流道尺寸：流道宽度为0.1-0.5mm，流道的深度为0.1-0.5mm，脊的宽度为0.1-0.5mm。

本发明主要考究甲醇重整催化剂的性能及其在载体上的附着性，由于甲醇与催化剂的接触面积越大甲醇的转化率越高，所以增大催化剂的比表面积会提高其催化性能。相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、对微流道铝板进行表面的电化学腐蚀，使其表面出现几微米的不规则台阶状孔，增大其表面的粗糙度、比表面积和吸附性。

2、将电化学刻蚀好的铝板在稀硝酸中氧化，使其表面形成一层薄薄的氧化层，氧化层可以为催化剂提供支架使其更易附着于载体。

3、将催化剂担载到表面经过上述过程处理的微流道铝板上，可以增加催化剂的附着量、提高催化剂在载体上的附着性，微流道可以在催化剂淀积时让多余的催化剂顺着流道方向流下，在化学反应时可以增加甲醇与催化剂的接触时间，从而提高甲醇的转化率，改善甲醇水蒸气微型重整器的性能。