1.一种多孔金属基催化剂催化裂化碳氢化合物制备氢气和石墨烯的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、取硝酸镧、硝酸钴、硝酸钼、硝酸镍和硝酸铜加入蒸馏水中,形成混合溶液,将混合溶液抽取到带有不锈钢针头的注射器中并固定在安装有高压静电设备的推进泵上,将不锈钢针头插入反应装置中,然后在注射器的不锈钢针头上利用高压静电设备设置一定的高压,同时设置推进泵推进速度,将混合溶液喷射到反应装置中载有金属催化剂载体的旋转圆盘上,在60~80℃下进行反应;其中,所述反应装置的结构包括:外壁设置有夹套的釜体,所述夹套上设置有热流体进口和热流体出口,在反应进行前,通过向热流体进口通入热流体,使反应釜体内的温度保持在60~80℃;旋转圆盘,其通过旋转轴设置在釜体中部,所述旋转圆盘的边缘设置有环形挡板;所述旋转轴穿过釜体底部后与旋转电机连接;所述釜体上设置有盖体,所述不锈钢针头从盖体上伸入釜体内,且位于旋转圆盘的上方;所述旋转圆盘上设置有沟槽;沟槽内放置金属催化剂载体;
步骤二、收集反应后的旋转圆盘上的金属催化剂载体,在600~900℃下煅烧24h,自然冷却至室温,得到多孔金属基催化剂;
步骤三、将步骤二得到的多孔金属基催化剂作为碳氢化合物催化裂解反应制氢的催化剂使用,在固定床反应器中,调控碳氢化合物裂解反应的条件为:温度为600~1000℃,压力为0.5~5MPa,反应空速为20~200L/(h·gcat);收集裂解反应生成的气体,获得富氢气体;
将经过裂解反应后形成的残留物冷却至100℃以下,再洗涤至中性,干燥后,得到石墨烯粗品;然后,经离心洗涤、干燥得到石墨烯。
2.如权利要求1所述的多孔金属基催化剂催化裂化碳氢化合物制备氢气和石墨烯的方法,其特征在于,所述多孔金属基催化剂的金属催化剂载体上负载的复合氧化物的化学式为La2-x Mox Ni1-y-z Coy CuzO4复合氧化物,其中,0≤x<2,0≤y<1,0≤z<1;所述混合溶液中镧离子、钼离子、镍离子、钴离子和铜离子的摩尔比为2-x:x:1-y-z:y:z。
3.如权利要求1所述的多孔金属基催化剂催化裂化碳氢化合物制备氢气和石墨烯的方法,其特征在于,所述混合溶液的浓度为1~1.5mol/L;所述金属催化剂载体与混合溶液的质量体积比为0.01~0.1g:10~100mL。
4.如权利要求1所述的多孔金属基催化剂催化裂化碳氢化合物制备氢气和石墨烯的方法,其特征在于,所述金属催化剂载体为不锈钢催化剂载体。
5.如权利要求4所述的多孔金属基催化剂催化裂化碳氢化合物制备氢气和石墨烯的方法,其特征在于,所述不锈钢催化剂载体在使用前进行以下处理:将不锈钢颗粒依次加入稀盐酸、酒精、去离子水中超声交替处理,每次30~60min,将处理后的不锈钢颗粒加入超临界装置中,在温度为360℃~380℃和压力为10~18MPa的超临界丙酮-水体系中浸泡10~
15min,然后过滤,洗涤,干燥,将干燥后的不锈钢颗粒加入管式炉中,通入水蒸气和O2,在
200~400℃处理5~15min,冷却,得到不锈钢催化剂载体。
6.如权利要求1所述的多孔金属基催化剂催化裂化碳氢化合物制备氢气和石墨烯的方法,其特征在于,所述的不锈钢针头的内径为0.5~1mm、推进泵的推进速度为10~20mL/h、高压静电的大小为5~8kV。
7.如权利要求1所述的多孔金属基催化剂催化裂化碳氢化合物制备氢气和石墨烯的方法,其特征在于,对所述步骤二得到的多孔金属基催化剂进行以下处理过程:将多孔金属基催化剂置于低温等离子体处理仪中处理25~35min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为25~50KHz,功率为25~45W,氩气的压强为40~
70Pa。
8.如权利要求1所述的多孔金属基催化剂催化裂化碳氢化合物制备氢气和石墨烯的方法,其特征在于,所述碳氢化合物为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷或丙烯中的任意一种。
9.如权利要求1所述的多孔金属基催化剂催化裂化碳氢化合物制备氢气和石墨烯的方法,其特征在于,所述碳氢化合物为为由甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷以及丙烯构成的天然气、页岩气、沼气或煤层气。
10.如权利要求1所述的多孔金属基催化剂催化裂化碳氢化合物制备氢气和石墨烯的方法,其特征在于,所述石墨烯为管状石墨烯或球状石墨烯。