[發明專利]一種鈷-鈰/海泡石催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910040472.2
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN109847759B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 陳明強;汪春生;王一雙;湯志遠;楊忠連;張涵;王君
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01J35/10;C01B3/32
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 饒富春

本發明公開了一種鈷?鈰/海泡石催化劑及其制備方法和應用，該催化劑包括作為載體的海泡石以及負載在海泡石上的作為活性組分的鈷和鈰。本發明鈷?鈰/海泡石催化劑利用二氧化鈰作為助劑成分在煅燒和還原過程與鈷相互作用，提升生物油及其模型轉化率、氫氣產率和穩定性。同時，二氧化鈰作為助劑在重整過程中發生快速的氧化還原循環進行氧傳遞，提高含碳物種的轉化速率和制氫效率，避免形成積碳覆蓋金屬位點，進而增強催化劑壽命。

技術領域

本發明涉及催化劑領域，具體地說涉及一種鈷-鈰/海泡石催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，生物質能源的高效利用是解決能源危機、緩解生態環境惡化的主要方式。目前，生物質利用較為成熟的工藝之一是將生物質在缺氧條件下高溫熱解制備成生物油。生物油不是一種真正意義上的溶液，而是一種乳化液，不同組分以不同的液滴粒徑存在于生物油中，并且生物油具有一定的酸性、富含大量的水以及氧，導致其熱值低、易腐蝕設備，無法直接用于內燃機等。要提高生物油的燃燒特性，必須對生物油進行嚴格的脫水、脫氧精制。這無疑會增加生物油使用成本，為提高對生物油的利用率，提出在無需對生物油脫水、脫氧的前提下，利用生物油進行催化蒸汽重整制氫的技術路線。

氫能作為一種清潔、高效、無污染的能源及能源載體，被視為最具發展潛力的清潔能源。然而，目前世界上90％的H₂都是由化石原料(煤、石油、天然氣)通過氣化和蒸汽重整反應制備的。這無疑會進一步加劇化石能源的消耗以及碳排放，進一步惡化生態環境。因此，以具有碳中性、可再生特點的生物油為原料，進行催化重整制氫是一種極具發展潛力的制氫路線。不僅可以提高對生物質能源的利用率，還可以解決現存制氫技術的不可再生性等問題。生物油水溶性組分及其模型物重整制氫主要包括以下反應：

主反應：C_nH_mO_p+(2n-p)H₂O→nCO₂+(2n-p+m/2)H₂；

副反應：C_nH_mO_p→C_xH_yO_z+CO+CO₂+CH₄+H₂+…..+coke(xn；ym；zp)；CO+H₂O→CO₂+H₂；

為獲得高效的制氫效率，核心內容是探索適合于高溫水熱條件高效催化生物油蒸汽重整制氫的催化劑。重整催化劑活性金屬的選擇主要集中于貴金屬(Pt，Pd，Ru和Rh等)和過渡金屬(Ni，Co，Fe和Cu等)。然而，貴金屬催化劑在重整制氫方面表現出較高的催化活性，但是其昂貴的價格不利于大規模工業化應用。因此開發高效、廉價的、適合于生物油蒸汽重整制氫催化劑是重中之重。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種轉化率、氫氣產率和穩定性高，壽命長的鈷-鈰/海泡石催化劑及其制備方法和應用。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種鈷-鈰/海泡石催化劑，包括作為載體的海泡石以及負載在海泡石上的作為活性組分的鈷和鈰。

過渡金屬鈷，作為催化劑主活性相具有一定的水汽變換反應活性、低溫重整活性和較為溫和的燒結傾向。添加的稀土金屬鈰易于金屬鈷相形成緊密接觸，因其具有出色氧化還原性、親水性和儲/釋氧能力，通過晶格氧傳遞及時氣化金屬Co顆粒周邊的含碳物種，提升催化劑的抗燒結和抗積碳能力，增強催化劑的還原性，提供更多表面可用活性位點，還可促進水氣變換反應，提高氫產。

進一步地，鈷含量為5～15wt.％，鈰含量為3～24wt.％，其余為海泡石。在實施本發明的過程中，發明人發現，采用此配比，獲得的催化劑催化轉化率高、氫氣產率高，且使用壽命長。