[發明專利]一種低溫起活高效氨分解催化劑

在審

• 申請號: 202110174212.1
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN113181957A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 陳秉輝;廖澤鳳;蔡釩;鄭進保;謝建榕;張諾偉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B01J29/68
• 分類號: B01J29/68;B01J37/10;C01B3/04;C01B39/04;C01B39/44
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產權代理事務所(普通合伙) 35222
• 代理人: 陳曉思

本發明提供了一種低溫起活高效氨分解催化劑及其制備方法，屬于氨分解催化領域。所述催化劑為含鎳FER分子篩，所述分子篩以含鎳碳材料為鎳源和硬模板劑，將金屬鎳原位引入FER分子篩中；所述含鎳分子篩中鎳的含量以鎳元素計為0.1～5wt.％；本發明還提供了催化劑制備方法，具體包括：將含鎳碳材料、硅源、鋁源、有機模板劑、無機堿、溶劑按照比例加入反應器中，連續攪拌得到均勻溶膠，老化，然而將其轉移至水熱反應釜晶化，反應結束后將產物過濾并洗滌，干燥、焙燒，將所得分子篩進行氫型轉型，最后焙燒得到含鎳FER分子篩。本發明催化劑具有微孔結構豐富，晶化時間短，催化劑活性、穩定性高的優點，氨分解所需溫度大大降低，具有巨大的工業應用潛力。

技術領域

本發明屬于氨分解催化技術領域，具體涉及一種低溫下把氨氣有效分解成氫氣和氮氣的含鎳FER分子篩及其合成方法。

背景技術

氫能是最潔凈的能源，同時其熱值遠高于其他燃料，因此是未來化石能源最有前景的替代能源之一。由于氫氣在燃燒過程熱值高，且不會產生COx和NOx排放，因此可用于燃料電池發電和燃料電池電動汽車。然而氫的揮發性和低體積能量密度使得氫的產生、儲存和運輸成為一個巨大的挑戰，氫氣在儲存和傳輸過程的高成本極大的制約了氫能源的發展，例如豐田公司2014年發布的Mirai氫燃料電池車，其采用兩個高壓碳纖維儲罐儲存約120L液氫，理想條件下的理論續航為500公里，去年發布的新一代Mirai續航達到200公里，但是由于儲罐設備的高成本，加上壓縮氫氣所需的成本，使得氫能源電動車在價格方面與鋰電電動車毫無優勢而言，過去10年北美市場的氫能源電動車銷量不及特斯拉一個月的銷量。因此即時制氫技術成為最有前景的氫能源解決方案。

氨是一種無碳的氫載體，具有相當好的體積和重量能量密度，并且其儲存和運輸工藝相當成熟。氨分解制氫可避免氫氣的儲存和運輸，因此受到了廣泛的關注。氨分解反應是一種吸熱反應，其在450℃時的平衡轉化率為99.5％，但受制于動力學限制，氨的轉換效率并不高。氨分解催化劑可以顯著提高反應速率，提高制氫效率。鉑、鈀、銠、釕和鐵是最早用作氨分解催化劑的元素。Ganley等考察了不同金屬的氨分解催化的金屬種類，其活性順序依次為：RuNiRhCoIrFePtCrPdCuTe、Se、Pb。釕在其活性溫度下的催化性能遠遠優于其他金屬，但釕在較低溫度下活性不足，Ru/碳納米管在450℃的轉化率小于50％。添加助劑可以改善釕催化劑的低溫活性，例如對負載在MgO或CNT上的Ru催化劑進行堿助劑改性，可以顯著改善其在低于500℃下的催化活性。還有學者通過穩定Ru納米顆粒，例如將它們嵌入穩定的多孔氧化物中，并通過燒結防止其快速失活，Cs-Ru/MWCNT在低于317℃下即會產生氫氣，這是氨分解反應的重大突破。盡管這些研究已經改善了Ru在低溫下的催化活性，但由于釕是最稀有的貴金屬之一，難以在汽車領域大規模應用釕催化劑。