[發(fā)明專利]用于富氫條件下CO低溫氧化的金銅雙金屬催化劑及制法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910175309.3
• 申請日: 2009-12-07
• 公開（公告）號: CN101733129A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設計）人: 王建國;吳志偉;朱華青;秦張峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;C01B31/20;B01D53/62
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 李毅

技術領域

本發(fā)明屬于一種用于富氫條件下CO低溫氧化的金銅雙金屬催化劑及制備方法。?

背景技術

質子交換膜燃料電池PEMFC(proton?exchange?membrane?fuelcell)具有如下優(yōu)點：其發(fā)電過程不涉及氫氧燃燒，因而不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉換率高；發(fā)電時不產生污染，發(fā)電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修都很方便，工作時也沒有噪音。所以，PEMFC是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源，非常適合作為下一代汽車的動力電源。?

目前PEMFC亟需解決的問題是甲醇重整氣中0.5-1％的CO的消除問題，因為燃料電池Pt電極對CO最大忍耐度不超過100ppm。所以CO濃度要事先消除到小于100ppm。到目前為止，CO選擇性氧化被證明是最有效的最簡便的方法。?

富氫條件下CO選擇氧化已經(jīng)有40多年的歷史了。到目前為止主要分為兩大類：一類是以Pt、Pd、Ru、Rh、Au為代表的貴金屬催化劑，貴金屬催化劑雖然具有反應溫度低等優(yōu)點，但是由于其儲量少、價格高、催化劑的選擇性低等缺點，這限制了它的進一步應用。非貴金屬如Cu、Mn、Co、Ni、Fe等單組份氧化物或復合氧化物，特別是CuO-CeO₂催化劑在活性和選擇性方面都表現(xiàn)出較Au/α-Fe₂O₃和Pt/Al₂O₃兩類催化劑更為優(yōu)越的催化性能和經(jīng)濟性。但是非貴金屬亦有其反應溫度較高、對水和二氧化碳不穩(wěn)定的缺點。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種反應溫度低，催化活性高，穩(wěn)定性好的用于富氫條件下CO低溫氧化的金銅雙金屬催化劑及其制備方法。?

本發(fā)明的催化劑是由CeO₂氧化物載體和活性組分Au-Cu組成，活性組分中Au的負載量為0.1-0.5wt％，Cu的負載量為1-4wt％，余量為載體。?

本發(fā)明的制備方法是用溶膠凝膠法制備納米氧化物載體CeO₂，然后將活性組分用沉積-沉淀法將其浸漬到載體上。?

本發(fā)明催化劑的制備方法如下：?

1)將硝酸鈰溶于于去離子水中，攪拌均勻，逐滴加入氨水溶液中，滴加完畢后，沉淀上清液的pH值范圍須維持在9-14范圍內，室溫條件下靜置20-24h；?

2)用去離子水將沉淀抽濾、洗滌4-6次，再用無水乙醇交換洗滌3-4次，110-120℃干燥12-20h，空氣氣氛中以升溫速率為2-10℃/min升溫到400-600℃焙燒4-6h，得到CeO₂載體；?

3)將二氧化鈰載體溶解到水中，攪拌均勻，在向其中加入沉淀劑使其pH控制在12-14范圍內，攪拌0.5-1h。?

4)將硝酸銅溶解于水中，向其內按催化劑比例加入氯金酸溶液，攪拌均勻。?

5)將4)中配好的溶液在不斷攪拌下逐滴加入到3)中，滴加完畢后，pH值范圍須維持在9-12范圍內繼續(xù)攪拌1-2h，將沉淀抽濾洗滌，110℃干燥12-20h，空氣氣氛中200-400℃焙燒3-5h。?

如上所述的沉淀劑為NaOH或Na₂CO₃.?

本發(fā)明的催化劑特別適用于燃料電池車氫源系統(tǒng)中的一氧化碳消除，亦適用于低溫有氧條件下的CO有害氣體的脫除。?

本發(fā)明與已有技術相比具有以下實質性特點：?

1)將Au-Cu雙金屬為活性組分的催化體系應用于富氫氣氛中的CO脫除，尚屬首次。?

2)制備的催化劑有很高的活性和選擇性，實現(xiàn)富氫條件下的CO完全消除最低溫度為60℃，而相應的選擇性為62.8％。?

3)制備的催化劑擁有較寬的反應溫度窗口，催化劑可以在60-140℃實現(xiàn)CO的完全消除。?

4)催化劑較CuO/CeO₂催化劑具有更低的反應溫度、高的催化活性。?

具體實施方式