[發明專利]一種具有良好低溫活性和高效穩定的催化劑、其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011386005.4
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112403492B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 胡超權;藺嘉琛;許雪冰;邵明遠
• 申請（專利權）人: 中科南京綠色制造產業創新研究院;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;C01B3/40;H01M8/0612
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 張磊

本發明公開了一種具有良好低溫活性和高效穩定的催化劑、其制備方法和應用，屬于催化劑技術及能源化工領域。包括：雙活性組分、助劑和載體三部分；其中，所述雙活性組分為金屬釕和金屬銅，助劑和載體分別為ZnO和Al₂O₃。采用先共沉淀然后浸漬的方法制備Ru?Cu/ZnO/Al₂O₃催化劑。得到了活性組分分散均勻，良好低溫活性，低CO選擇性，高穩定性的甲醇重整制氫催化劑。本發中的催化劑制備方法工藝簡單，使用該催化劑進行甲醇制氫氣，在低反應溫度下可達到100%轉化率，重整氣中氫氣含量高，CO選擇性低，適于工業化生產要求，具有潛在的應用前景。

技術領域

本發明屬于催化劑技術及能源化工領域，尤其是一種具有良好低溫活性和高效穩定的催化劑、其制備方法和應用。

背景技術

隨著傳統化石燃料的減少以及人們對于環保問題越來越重視，潔凈的綠色可替代能源的研究與應用是當下的一個熱點。氫氣是一種用途很廣泛的綠色能源，氨氣的生產，甲醇合成、柴油和天然氣的生產都離不開氫氣。利用氫燃料電池發電替代內燃機是一項很有前景的環保技術，由于壓縮儲氫需要高壓力和昂貴的金屬材料以及液化氫氣極低的溫度，因此這項技術的應用需要解決H2的供給問題。金屬氫化物可用于氫的運輸，但其儲氫能力并不理想。醇類和烴類的重整使原位制氫成為可能。

甲醇制氫有幾個優點：(1)甲醇不含硫元素，重整產物中只產生少量CO雜質；(2)只有一個碳原子，是所有醇中最簡單的。由于缺少一個強大的C-C鍵，甲醇可以在較低的溫度下進行重整反應；（3）在大氣條件下是液體，并且具有高的氫碳比，便于儲存和運輸。

目前甲醇制氫主要有醇分解(MD) 、甲醇部分氧化(POM)、甲醇蒸汽重整(SRM)這三種反應途徑。其中甲醇蒸汽重整的產氫量最大，反應條件也較為溫和，產物中CO含量較少，因而被廣泛研究與應用。

甲醇蒸氣重整制氫工藝的催化劑主要包括貴金屬和銅基催化劑。研究以及工業化生產多以銅基催化劑為主，這得益于銅基催化劑較好的低溫活性、低廉的價格以及對CO的低選擇性滿足燃料電池的需求。在市場上最常見的甲醇重整制氫催化劑為CuO/ZnO/Al2O3，雖然這種銅鋅鋁復合型氧化物催化劑對CO具有較低的選擇性，但它反應溫度通常都在300℃以上，這使得以甲醇重整作為燃料電池的制氫途徑會耗費大量的能源。

因此如何開發具有良好低溫活性以及高效穩定的催化劑仍然是甲醇重整制氫在燃料電池中應用需要解決的核心問題之一。

發明內容

發明目的：提供一種具有良好低溫活性和高效穩定的催化劑、其制備方法和應用，以解決背景技術中所涉及的問題。

技術方案：一種具有良好低溫活性和高效穩定的催化劑、其制備方法和應用，包括：雙活性組分、助劑和載體三部分；其中，所述雙活性組分為金屬釕和金屬銅，助劑和載體分別為ZnO和Al₂O₃。

在進一步的實施例中，所述金屬釕的質量分數為0.1%～1%，金屬銅的質量分數為10～20%，金屬鋅的質量分數為50%～70%，金屬鋁的質量分數為20%～30%。

在進一步的實施例中，所述催化劑采用先共沉淀CuO/ZnO/Al₂O₃催化劑，然后浸漬法將Ru負載在CuO/ZnO/Al₂O₃上。

本發明還提供一種具有良好低溫活性和高效穩定的催化劑的制備方法，包括如下步驟：

步驟1、將計量好的Cu(NO₃)₂·3H₂O，Zn(NO₃)₂·6H₂O，Al(NO₃)₃·9H₂O溶于一定體積去離子水中，充分攪拌，配置成混合鹽溶液；