[發明專利]一種用于甲烷制氫的復合Fe3O4型結構化催化劑及制備方法

無效

• 申請號: 201210203402.2
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102744080A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 黃凱;傅淑霞
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J23/847;B01J23/75;B01J23/888;B01J23/86;B01J23/745;C01B3/26
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

1.一種用于甲烷制氫的復合Fe₃O₄型結構化催化劑，其特征在于，所述的催化劑由堇青石蜂窩陶瓷載體和附著在堇青石蜂窩陶瓷載體表面的附著物組成，附著物由Fe₃O₄和輔助組分組成，輔助組分為Mn、Zr、Ni、Co、Cu、Cr、W、V、Ti、Al中一種或一種以上元素的氧化物，且輔助組分中的金屬元素總摩爾量為Fe₃O₄中鐵元素摩爾量的1—30%。

2.根據權利要求1所述的用于甲烷制氫的復合Fe₃O₄型結構化催化劑，其特征在于，所述的輔助組分中的金屬元素總摩爾量為Fe₃O₄中鐵元素摩爾量的5-20%。

3.一種權利要求1所述的用于甲烷制氫的復合Fe₃O₄型結構化催化劑的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：

第一步：預處理堇青石蜂窩陶瓷載體：取截切成長度為5-6厘米的呈圓柱體的堇青石蜂窩陶瓷載體，該堇青石蜂窩陶瓷載體每平方厘米60-62孔，重量為10-13克；用砂紙將堇青石蜂窩陶瓷載體的外表面打磨平整后，將堇青石蜂窩陶瓷載體先置于冰醋酸中浸泡1~2小時，然后用蒸餾水沖洗，接著置于溫度為110-120℃的干燥箱中干燥1—1.5小時，隨后置于馬弗爐中500~900℃焙燒2~3小時，最后在空氣中自然冷卻，制得經過預處理的堇青石蜂窩陶瓷載體；

第二步：制備輔助組分溶液：按照輔助組分中的金屬元素總摩爾量為Fe₃O₄中鐵元素摩爾量的1-30%，稱取鐵元素的一種可溶性含氧酸鹽和輔助組分中的至少一種可溶性含氧酸鹽，然后將鐵元素的可溶性含氧酸鹽和輔助組分的可溶性含氧酸鹽進行混合，用蒸餾水或醇溶解，配制成金屬離子物的摩爾濃度為1.0-2.0mol/L的輔助組分溶液；

第三步：向第二步制備的輔助組分溶液中加入沉淀劑，在20—100℃條件下反應2—8小時，使輔助組分溶液中的金屬離子完全沉淀；沉淀劑是尿素、氨水或者季銨類化合物，沉淀劑與輔助組分溶液中的金屬離子物的摩爾比為2—8；

第四步：采用抽濾方式，過濾第三步中沉淀的金屬離子，金屬離子截留在濾餅上，用蒸餾水水洗濾餅至中性，再用無水乙醇清洗濾餅，置換濾餅中的水份，形成僅含有金屬離子的濾餅；

第五步：在110-180℃條件下干燥第四步制備的僅含有金屬離子的濾餅，直至濾餅的重量不再改變；

第六步：在馬弗爐中于300—900℃下焙燒第五步干燥的濾餅2—15小時，然后置于空氣中自然冷卻到室溫，制得用于甲烷制氫的粉末狀催化劑；

第七步：將第六步制得的粉末狀催化劑加入蒸餾水，粉末狀催化劑和蒸餾水的質量比為2：3-2：5，同時加入擬薄水鋁石，擬薄水鋁石的加入量為粉末狀催化劑質量的10%~30%，將粉末狀催化劑、蒸餾水和擬薄水鋁石的混合物放入球磨機中球磨10-60分鐘，制得漿液；

第八步：將第一步經過預處理的堇青石蜂窩陶瓷載體放入第七步制得的漿液中，充分浸沒10-30分鐘后，取出用壓縮空氣吹去堇青石蜂窩陶瓷載體表面多余的漿液，制得涂覆有漿液的堇青石蜂窩陶瓷載體；

第九步：將第八步制得的堇青石蜂窩陶瓷載體在110-200℃條件下干燥，直至堇青石蜂窩陶瓷載體的重量不再改變；

第十步：將第九步干燥后的堇青石蜂窩陶瓷載體在300-900℃條件下焙燒2—8小時，然后置于空氣中自然冷卻到室溫，制得用于甲烷制氫的復合Fe₃O₄型結構化催化劑。

4.根據權利要求3所述的用于甲烷制氫的復合Fe₃O₄型結構化催化劑的制備方法，其特征在于，所述的第六步和第十步中，焙燒溫度均為400~800℃。

5.根據權利要求3所述的用于甲烷制氫的復合Fe₃O₄型結構化催化劑的制備方法，其特征在于，所述的第二步中，鐵元素的一種可溶性含氧酸鹽是醋酸鹽、硝酸鹽或亞硝酸鹽，輔助組分中的至少一種可溶性含氧酸鹽是亞硝酸鹽或硝酸鹽。