本發明提供了一種銅/多孔炭催化劑及其制備方法和應用，屬于催化材料領域。本發明提供的制備方法，利用陳化促進后續焙燒和還原過程中各組分反應均勻并形成穩定的結構，生物基多孔炭具有高比表面積，提高了活性組分銅的負載量和分散度，從而增加了活性位點，提高了催化活性，發達的孔道和三維連通的層次孔結構有利于減小反應物和產物的內擴散阻力，有效降低CO選擇性，同時所述多孔炭含有較多微晶，具有一定的反應活性和類似晶體缺陷的催化活性，多孔炭表面存在的大量多種官能團也進一步提高了催化活性。所述催化劑應用于甲醇水蒸氣重整制氫時，甲醇轉化率可達92％，CO的選擇性低至0％。

技術領域

本發明涉及催化材料領域，尤其涉及一種銅/多孔炭催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

氫是一種潔凈的二次能源載體，具有燃燒放出熱量多、燃燒產物不污染環境、制備的原料不受限制、與現在所有的能源系統匹配和兼容、能方便地轉換成電和熱、有較高的能源效率等優勢。并且，甲醇作為一種氫源載體，具有來源廣泛、可再生、碳氫比高，能在低溫(200℃～400℃)下進行等優勢，能夠在移動設備中實現快速高效的現場重整制氫。但其反應過程屬于非穩態體系，需要加入催化劑促使反應高效穩定的進行。

載體是催化劑的重要組成部分，而甲醇水蒸氣重整制氫反應自身的復雜性和特殊性對催化劑體系提出了更高的要求。常規的制氫催化載體主要包括Al₂O₃、SiO₂、MgO、CaO、TiO₂以及一些復合金屬氧化物等。由于傳統載體的比表面積相對較低，限制了活性組分的負載量和分散度，致使活性組分暴露的活性位點減少，大大降低了催化劑的活性和長期使用的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種銅/多孔炭催化劑及其制備方法和應用，本發明提供的制備方法，以多孔炭材料作為載體，有效地提高了活性組分銅的負載量和分散度，活性位點多，催化活性高。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種銅/多孔炭催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將銅前驅體、助劑、生物質基多孔炭和水混合后，依次進行陳化和干燥，得到前驅體；

(2)將所述步驟(1)得到的前驅體進行焙燒，得到焙燒體；

(3)將所述步驟(2)得到的焙燒體進行還原得到銅/多孔炭催化劑。

優選地，所述銅前驅體、助劑和生物質基多孔炭的物質的量之比為(0.01～0.4):(0～0.4):1。

優選地，所述生物質基多孔炭的制備方法，包括以下步驟：

1)將生物質材料進行預處理，得到預處理生物質材料；

2)將所述步驟1)得到的預處理生物質材料依次進行浸漬、活化、酸洗、水洗和干燥，得到生物質基多孔炭材料。

優選地，所述步驟1)中的預處理生物質材料與所述浸漬所用活化劑的質量比為1:(1～5)。

優選地，所述步驟2)中的浸漬的溫度為60～90℃，浸漬的時間為6～18h。

優選地，所述步驟(1)中的陳化的時間為6～18h。

優選地，所述步驟(2)中的焙燒在惰性氣體氣氛中進行，焙燒的溫度為250～550℃，焙燒的時間為1～6h。

優選地，所述步驟(3)中的還原在氫氣氣氛中進行，還原的溫度為200℃～500℃，還原的時間為1～6h。

本發明還提供了上述技術方案所述制備方法制備得到的銅/多孔炭催化劑，包括多孔炭以及負載于所述多孔炭表面的銅。

本發明還提供了上述技術方案所述銅/多孔炭催化劑在甲醇水蒸氣重整制氫中的應用。