[發明專利]一種海泡石衍生的具有尖晶石型結構的催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910403078.0
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110038574B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 汪春生;王一雙;陳明強;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: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;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

本發明公開了一種海泡石衍生的具有尖晶石型結構的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所述海泡石上的作為活性組分的鈷，且一部分鈷以CoAl₂O₄尖晶石型結構形式存在，另一部分鈷以Co₃O₄氧化物結構形式存在。本發明催化劑中金屬鈷以鈷鋁尖晶石形式高度分散和穩定錨定于載體表面，極大提升了催化劑活性和穩定性，避免金屬活性位在重整過程發生嚴重燒結和積碳覆蓋，進而增強催化劑壽命。

技術領域

本發明涉及生物油重整制氫領域，具體地說涉及一種海泡石衍生的具有尖晶石型結構的催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

生物質作為可再生能源中的巨人，具有碳中性、可再生的特點，為提高其利用效率，生物油及其衍生物催化蒸汽重整制氫技術成為最為有效實際的技術路徑，符合生物質綜合精煉和可再生氫能等理念。生物油及其衍生物蒸汽重整制氫作為一種強吸熱過程其理想反應如下所示：

生物油及其衍生物蒸汽重整作為表面結構敏感氣固界面催化反應，是一個復雜的反應網絡包含大量副反應。為實現高轉化率和氫氣產率，高性能催化劑是重整反應的核心。

申請號201711377622.6的中國專利申請公開了一種Co/海泡石催化劑，該催化劑雖然性能優良，但是該催化劑僅適用于其催化降解木質素。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高轉化率、高氫氣產率、結構穩定和壽命長的海泡石衍生的具有尖晶石型結構的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：一種海泡石衍生的具有尖晶石型結構的催化劑，包括作為載體的海泡石以及負載在所述海泡石上的作為活性組分的鈷，且一部分鈷以CoAl₂O₄尖晶石型結構形式存在，另一部分鈷以Co₃O₄氧化物結構形式存在。

這里的“部分”、“另一部分”的含義均為至少有一個鈷原子以相應結構形式存在。

鈷基催化劑因其低溫重整和水汽變換反應活性，低CO/CH₄選擇性和較為溫和的燒結積碳傾向，而得到廣泛研究和應用，而高度穩定，均相分散和較小納米尺寸的表面金屬鈷位點，是催化劑具有優異催化重整活性，良好抗燒結和抗積碳能力的關鍵因素。海泡石含有雜質鋁，本發明催化劑中，部分鈷形成鈷鋁尖晶石相，以強金屬-載體相互形式負載于載體，可以實現均相分散和穩定錨定的負載效果。部分與載體相互作用較弱的Co以Co₃O₄形式存在，更易還原，為重整反應初期提供必要的催化活性位點。

進一步地，所述鈷的含量為2～15wt.％，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。

進一步地，以CoAl₂O₄尖晶石型結構形式存在的鈷占鈷總量的60～90％。在實施本發明的過程中，發明人發現，以CoAl₂O₄尖晶石型結構形式存在的鈷含量在這個范圍，催化劑具有強金屬載體相互作用，還原后生成大量均相和單分散的穩定金屬Co位點。

本發明提供的上述海泡石衍生的具有尖晶石型結構的催化劑的制備方法，包括以下步驟：將純化海泡石加入到鈷的前驅體鹽和尿素的水溶液中，攪拌均勻后進行水熱反應，得到反應混合液，反應混合液經冷卻、靜置后進行過濾處理，得到濾餅，濾餅經洗滌、干燥處理后，再依次在空氣氣氛和還原氣氛下進行煅燒，即可制得所述海泡石衍生的具有尖晶石型結構的催化劑。