[發明專利]用于氨合成、氨分解的催化劑及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 200910200766.3
• 申請日: 2009-12-25
• 公開（公告）號: CN101745387A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 周興貴;段學志;周靜紅;錢剛;隋志軍;李平
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;C01B3/04;C01C1/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 繆利明

技術領域

本發明涉及催化劑領域，具體涉及一種用于氨合成、氨分解的催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

氫氣是一種清潔能源，其燃燒產物為水。以氫氣為燃料的質子膜燃料電池(PEMFC)是一項高效環保技術，具有無污染物排放、效率高(＞60％)、無噪音、啟動快等優點，在電動汽車、小型移動電子設備、家庭或醫院等的備用電源方面有巨大的市場前景。然而，阻礙氫能PEMFC獲得大規模應用的主要原因是氫氣的儲存和電極催化劑的失活問題。氫氣的儲存需要使用高儲氫量的材料或液體含氫燃料。由含碳基質制備出來的氫不可避免地含有降低PEMFC壽命的毒物CO。由于氨具有較高的含氫量(17.6％)，其分解產物為氫氣和氮氣，其氮氣對于PEMFC的電極沒有負面影響。另外，氨易于液化(氨在20℃時的液化壓力只有0.8MPa)，便于儲存和運輸。在可以獲得商業應用的高儲存材料和長久性抗CO中毒催化劑出現之前，以氨氣為原料生產PEMFC燃料氫氣將是行之有效的技術途徑之一。

目前，氨合成催化劑和氨分解催化劑，其活性組分主要為Fe、Ni、Co、Mo、Ru以及Fe-Co合金，載體多為MgO、Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、SiO₂、MCM-41、SBA-15、活性炭、碳納米管(CNTs)和超強堿。在這些催化劑的研究中，以Ru為活性中心和CNTs為載體的負載型貴金屬催化劑顯示了較高的催化活性。然而，由于CNTs成本較高以及在長時間的N₂-H₂還原氣氛下會發生甲烷化等反應，并最終導致催化劑活性的下降，所以限制了將來它在實際的工業化應用。最近，有文獻報道納米結構的固體鈦酸鹽作為負載Ru催化劑，該載體中堿性促進劑Na和K介入到載體晶格中，對氨分解顯示了較高的活性，但是該載體在溫度高于490℃時易發生分解。

層狀硅酸鹽是一類由一系列[ZO₄]四面體以角頂相連成二維無限延伸的層狀硅氧骨干的硅酸鹽礦物。硅氧骨干中最常見的是每個四面體均以三個角頂與周圍三個四面體相連而成六角網孔狀的單層，其所有活性氧都指向同一側。四面體片通過活性氧再與其他金屬陽離子(主要是Mg²⁺、Fe²⁺、Al³⁺等)相結合。如果結構單元層本身的電價未達平衡，則層間可以有低價的大半徑陽離子(如K⁺、Na⁺、Ca²⁺等)存在，如云母、蒙脫石等?？梢?，堿金屬或堿土金屬均勻地分布在層狀硅酸鹽中，而且層狀硅酸鹽為天然礦物耐酸、耐堿、耐高溫的特性，有望成為氨分解高活性和高穩定性的載體用于負載Ru催化劑。但是，尚未有文獻涉及層狀硅酸鹽用作氨分解制氫催化劑的載體。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種用于氨合成、氨分解催化劑。

本發明的第二個目的在于提供所述催化劑的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供所述催化劑的應用。

本發明的用于氨合成、氨分解的催化劑，以層狀硅酸鹽為載體，負載活性組分釕。所述載體為白云母或鈉蒙脫土；所述活性組分釕的粒徑為1-16納米；所述載體占所述催化劑的重量百分比為0.5-20％，所述活性組分釕占催化劑的重量百分比為80-99.5％。

本發明的用于氨合成、氨分解的催化劑，采用等量浸漬法制備，包括如下步驟：

A)、將含活性組分釕的前驅體溶液滴加到載體上，邊滴邊劇烈攪拌，室溫下靜止8-14h；

B)、將靜置的樣品放在20-120℃干燥2-12h；

C)、將樣品在200-600℃、氫氣氣氛下還原活化2-5h；

其中，所述前驅體溶液為RuCl₃溶液，所述載體為白云母或鈉蒙脫土。

本發明的用于氨合成、氨分解的催化劑，采用離子交換法制備，包括如下步驟：

A)、將載體加入到含有活性組分釕的前驅體溶液中，在20-100℃反應2-12h；

B)、將反應后的溶液過濾、洗滌，然后在20-120℃干燥6-12h；

C)、將樣品在200-600℃、氫氣氣氛下還原活化2-5h；

其中，所述前驅體溶液為RuCl₃溶液，所述載體為白云母或鈉蒙脫土。

本發明的催化劑可用于催化氨氣分解制備零COx氫氣，也可用于催化氫氣和氮氣反應合成氨氣。