[發明專利]一種催化劑及其應用

在審

• 申請號: 201510324342.3
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104959139A
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 陳秋玲;喻江東;谷俊杰;關清卿;寧平;張秋林;盧秀云;余璐
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J23/63
• 分類號: B01J23/63;C10J3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種低階燃料在超臨界水中催化氣化制備可燃氣的催化劑，特別是指在超臨界水中催化氣化低階燃料制備甲烷和氫氣等高品質可燃氣體上的應用。該催化劑以鈰鋯固溶體（Ce_xZr_1-xO₂）為載體，以金屬釕（Ru）為活性組分，選用的催化劑應用于超臨界水氣化反應中可得到可燃氣體積含量超過60%的混合氣體，具有較好的低溫催化活性。

背景技術

隨著大氣環境中二氧化碳濃度的持續升高和傳統化石燃料儲量的日益減少，尋求可替代能源及從低品質有機質中獲取能源越來越被人們所關注，對低階濕生物質、低階褐煤及其如市政污泥等有機質的能源化轉化有望實現這些廉價易得有機廢物的高效利用，從而緩解能源危機。

目前，如上所述的有機廢物利用方法主要有直接燃燒、發酵、熱解氣化等。大多數情況下，這些有機廢物含水量極高，直接燃燒比較困難，另外由于其含雜質較多，直接燃燒還會造成大氣污染。發酵法利用工藝簡單，但需要合適的菌種，并且其效率較低，所以其占地面積大，反應周期長。熱解氣化雖然可以得到H₂、CO、CH₄等潔凈氣體，但常常由于其含水量較高，其效率較低，并且生成結焦較為嚴重。

近年來，超臨界水（溫度＞374.15?℃，壓力＞22.12?MPa）氣化有機物制備燃料氣被認為是很有前途的利用低階燃料的一種方法。超臨界水對有機物具有極好的溶解能力及其近乎和氣體一樣低的粘度，所以其在轉化有機物上具有極高的效率。另外，該方法不需要對原料進行脫水預處理，可轉化原料范圍廣。一般的，在沒有催化劑條件下，要實現較高的氫氣產量和氣化效率需要較高溫度，為此，如KOH、K₂CO₃、Na₂CO₃、CaO等堿金屬和堿土金屬被廣泛應用到有機物的超臨界水氣化中。但該類催化劑對設備具有較大腐蝕性，并且由于其水溶性較好，目前還難以做到高效的回收利用。另外，其他如鎳基、釕基等金屬氧化物催化劑也被應用于超臨界水氣化中。如CN?102658157?A?公開了一種鉍鐵復合物氧化物用于濕生物質的超臨界水氣化，CN?102658163?A?公開了一種含有鑭元素、鈷元素和錳元素的稀土催化劑，CN?104129757?A公開了一種以Ru為活性組分，以CeO₂為載體的催化劑。而本發明主要涉及到的低階燃料超臨界水氣化制可燃氣的催化劑是以鈰鋯固溶體（Ce_xZr_1-xO₂）為載體，以金屬釕（Ru）為活性組分的負載型催化劑，目前未見相關文獻報導。

發明內容

本發明目的在于提供一種催化劑，該催化劑以鈰鋯固溶體為載體，金屬釕為活性組分，該催化劑中釕元素占催化劑質量的0.5-5?%，鈰鋯固溶體載體中鈰與鋯的摩爾比為1-4︰1。

本發明催化劑采用常規方法制得，鈰鋯固溶體可用溶膠凝膠法、水熱法及共沉淀法制備，制備好鈰鋯固溶體后采用常規浸漬法可制得最終催化劑。例如采用共沉淀法制備，步驟如下：

（1）在蒸餾水中加入聚乙二醇并攪拌至完全溶解，聚乙二醇溶液濃度為10-20g/L?；

（2）在步驟（1）中溶液中加入鈰鹽和鋯鹽的混合物，在30℃-80℃恒溫下攪拌至完全溶解，其中溶液中鈰鋯總金屬離子摩爾濃度為0.1-0.2?mol/L，鈰原子和鋯原子以摩爾比1-4︰1的比例混合；

（3）在步驟（2）溶液中逐滴滴加氨水并攪拌，調節pH至9-11后，?30℃-80℃恒溫水浴中靜置1-12h，抽濾，用去離子水洗滌濾餅；

（4）90℃-110℃下烘干濾餅，然后在400℃-550℃下焙燒1-8h得到鈰鋯固溶體；

（5）將鈰鋯固溶體浸漬于RuCl₃水溶液中，得到催化劑前驅體，其中Ru占催化劑質量的0.5-5%；

（6）90℃-110℃下烘干催化劑前驅體，然后在H₂氛圍下于200℃-550℃還原催化劑前驅體，還原1-12h后得到催化劑。

所述鈰鹽為硝酸鈰、氯化鈰中一種，鋯鹽為硝酸鋯、硫酸鋯中一種。

所述聚乙二醇的分子量為4000-10000。