[發(fā)明專利]用于氧化一氧化碳的催化劑及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610171965.2
• 申請(qǐng)日: 2006-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN101168130A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李弦哲;金純澔;李斗煥;樸恩德;高銀庸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三星SDI株式會(huì)社
• 主分類號(hào): B01J23/89
• 分類號(hào): B01J23/89;B01J32/00;H01M4/90
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 宋莉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于氧化一氧化碳的催化劑及其制備方法，更具體地，涉及用于氧化一氧化碳且具有高反應(yīng)活性和卓越反應(yīng)選擇性的催化劑及其制備方法，其中反應(yīng)中不發(fā)生甲烷化反應(yīng)和再氧化。

背景技術(shù)

燃料電池是直接將氧和碳?xì)浠衔锶缂状肌⒁掖己吞烊粴庵械臍涞幕瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電系統(tǒng)。

燃料電池系統(tǒng)由燃料電池組、燃料處理器(FP)、燃料罐及燃料泵組成。燃料電池組為燃料電池的主體，并包含幾個(gè)至幾十個(gè)單元電池，每個(gè)電池包括膜電極組件(MEA)和隔板(或雙極板)。

燃料泵將燃料罐中的燃料供應(yīng)給燃料處理器。燃料處理器通過重整和提純?nèi)剂袭a(chǎn)生氫，并將氫供應(yīng)給燃料電池組。燃料電池組接收氫，并通過氫與氧的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。

燃料處理器的重整器利用重整催化劑重整碳?xì)浠衔锶剂稀Ｌ細(xì)浠衔锶剂虾辛蚧衔铩Ｒ驗(yàn)榱蚧衔锶菀资怪卣呋瘎┲卸荆栽谥卣細(xì)浠衔锶剂现氨匦璩チ蚧衔铩Ｒ蚨谥卣^程之前，碳?xì)浠衔锶剂闲枰M(jìn)行脫硫。圖1為用于常規(guī)燃料電池系統(tǒng)的燃料處理器中燃料處理的流程示意圖。

碳?xì)浠衔镏卣a(chǎn)生二氧化碳(CO₂)和氫，以及作為副產(chǎn)品的少量一氧化碳(CO)。因?yàn)镃O是燃料電池組的電極中催化劑抑制劑，所以重整后的燃料不能直接供應(yīng)給燃料電池組。因而，需要CO除去過程。優(yōu)選將CO水平降低到低于10ppm。

CO可以通過由下面反應(yīng)方程式1所示的高溫轉(zhuǎn)換反應(yīng)除去：

<反應(yīng)方程式1>

CO+H₂O→CO₂+H₂

高溫轉(zhuǎn)換反應(yīng)在400～500℃的溫度下進(jìn)行。一般來說，高溫轉(zhuǎn)換反應(yīng)之后，可以進(jìn)行在200～300℃的溫度下的低溫轉(zhuǎn)換反應(yīng)。雖然進(jìn)行了這些反應(yīng)，但是很難將CO水平降低到低于5000ppm。

為了解決該問題，可以利用由下面反應(yīng)方程式2所示的優(yōu)先氧化反應(yīng)(所謂的“PROX”反應(yīng))：

<反應(yīng)方程式2>

CO+1/2O₂→CO₂

然而，由反應(yīng)方程式3所示的副反應(yīng)與PROX反應(yīng)一起發(fā)生。

<反應(yīng)方程式3>

H₂+1/2O₂→H₂O

因而，重要的是：提高由反應(yīng)方程式2所示的PROX反應(yīng)的反應(yīng)速率，同時(shí)通過使由反應(yīng)方程式3所示的副反應(yīng)速率減到最小來增強(qiáng)PROX反應(yīng)的反應(yīng)選擇性。

而且，在除去CO和重整氫的反應(yīng)之間發(fā)生由下面反應(yīng)方程式4所示的甲烷化反應(yīng)中，出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。防止甲烷化反應(yīng)也是重要的，因?yàn)榧词刮⑿〉募淄榛磻?yīng)都可能導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)中氫濃度和效率的顯著降低。

<反應(yīng)方程式4>

CO+3H₂→CH₄+H₂O

能適用于PROX反應(yīng)的、用于氧化一氧化碳的常規(guī)催化劑具有低反應(yīng)選擇性。而且，在操作期間或操作間隔期間，在反應(yīng)裝置中發(fā)生部分甲烷化反應(yīng)、氧氣再氧化常規(guī)催化劑，從而催化劑失去反應(yīng)活性。

因此，必需開發(fā)出具有高反應(yīng)活性和卓越的反應(yīng)選擇性以及不發(fā)生甲烷化和再氧化的PROX催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供具有卓越反應(yīng)選擇性和具有不發(fā)生甲烷化反應(yīng)和再氧化反應(yīng)的寬工作溫度范圍的PROX催化劑。

本發(fā)明還提供制備該P(yáng)ROX催化劑的方法。

本發(fā)明還提供燃料處理器，其包含所述具有優(yōu)異反應(yīng)選擇性和寬工作溫度范圍并且不發(fā)生甲烷化反應(yīng)和再氧化反應(yīng)的PROX催化劑。

本發(fā)明還提供一種燃料電池系統(tǒng)，其包含所述具有優(yōu)異反應(yīng)選擇性和寬工作溫度范圍并且不發(fā)生甲烷化反應(yīng)和再氧化反應(yīng)的PROX催化劑。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供用于氧化一氧化碳的催化劑，其包含呈雙金屬相形式的由鉑(Pt)和另一種過渡金屬構(gòu)成的雙金屬相，其中該雙金屬擔(dān)載在γ-氧化鋁(γ-Al₂O₃)載體上，并且該雙金屬的過渡金屬被還原。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供制備用于氧化一氧化碳的催化劑的方法，該方法包括：將鉑前體、過渡金屬前體和γ-氧化鋁(γ-Al₂O₃)載體加到分散介質(zhì)中，并均勻混合所得到的混合物；烘干該混合物；煅燒烘干產(chǎn)物；及還原煅燒產(chǎn)物。