[發明專利]一種氨分解催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110478047.9
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113289693B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 李達林;羅睿智;陳崇啟;羅宇;江莉龍
• 申請（專利權）人: 福大紫金氫能科技股份有限公司
• 主分類號: B01J37/18
• 分類號: B01J37/18;B01J35/10;B01J37/08;B01J37/02;B01J35/02;C01B3/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 安志嬌

本發明涉及氨分解技術領域，具體涉及一種氨分解催化劑及其制備方法和應用。本發明提供的氨分解催化劑的制備方法，包括如下步驟：將醋酸釕、醋酸鎂和醋酸鉀進行球磨，得到金屬鹽混合物粉末；將金屬鹽混合物粉末進行焙燒，然后經氫氣還原，得到所述氨分解催化劑。本發明提供的氨分解催化劑的制備方法，通過“一鍋式”加入特定原料醋酸釕、醋酸鎂、醋酸鉀，并通過球磨處理得到金屬鹽混合物粉末，然后經焙燒、氫氣還原制備得到所述氨分解催化劑，幾種步驟相互配合，可大大降低釕金屬粒徑，提高催化劑的低溫活性。

技術領域

本發明涉及氨分解技術領域，具體涉及一種氨分解催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

氫能具有綠色、零碳、可再生、能量密度高、熱值高、能量利用效率高和原料來源廣泛等優點，而且燃燒產物是水，不會造成環境污染，被視為一種極具應用前景的清潔能源，因此氫的存儲技術顯得十分重要。大規模經濟、高效的生產、存儲和安全運輸等技術將直接影響到氫能技術的大規模利用。

近年來，氨作為氫的儲存介質受到越來越多的關注。氨具有許多優點，如高質量(17.7wt％H₂)和高H₂體積密度、高能量密度、在溫和條件下(20℃和0.8Mpa)為液態以及年產量十億噸等。因此，在未來的氫經濟中，NH₃可能作為H₂載體發揮重要作用。目前，隨著質子交換膜燃料電池(PEMFC)研究和開發的快速進展，通過NH₃分解產生無CO_x的H₂在能量儲存和經濟效益方面引起了相當大的關注。氨分解制氫由于不會產生碳氧化物、工藝簡單、投資少且運行成本較低、操作簡單、維護方便、運行安全可靠等優點，是制取燃料電池用氫的有效途徑之一。

目前工業上氨分解制氫大多數采用鐵或鎳催化劑，反應溫度在800℃以上，能耗高，且設備腐蝕嚴重。因此，研究開發適用于低溫氨分解的高活性催化劑受到了廣泛關注。研究表明，釕金屬納米粒子對氨分解反應表現出優異的低溫活性，是目前已報道的最好的活性組分之一，其負載型催化劑主要有Ru/碳納米管、Ru/活性碳、Ru/Al₂O₃、Ru/MgO等。其中，Ru/碳納米管催化劑表現出較高的低溫活性，但碳納米管價格相對昂貴，堆積密度小，增加成型成本，尤其是在臨氫反應條件下容易發生甲烷化，限制了其大規模實際應用。除了Ru/碳納米管，Ru/MgO也表現出良好的氨分解活性。

目前文獻報道的Ru/MgO催化劑的制備方法有浸漬法、沉積沉淀法、多元醇還原法、膠體沉積法、化學氣相沉積法等。浸漬法是最簡單的制備方法，但是得到的Ru金屬粒徑較大，導致活性較差。為獲得高活性Ru/MgO催化劑，有文獻采用尿素沉積沉淀法制備Ru/MgO催化劑：首先將RuCl₃和MgO分散于水溶液中，然后加入過量尿素，并在80℃進行水解，使釕物種沉淀在MgO表面，再經80℃干燥和500℃氨氣還原得到催化劑，其在450℃的氨轉化率也僅為56.5％。此外，Ru催化劑的活性還可通過添加堿金屬/堿土金屬助劑如鉀得到進一步提高。一般采用浸漬法添加鉀助劑，如上述沉積沉淀法制備得到的催化劑經氨氣還原得到還原態Ru/MgO，然后將KOH乙醇溶液滴加到Ru/MgO，再經干燥和焙燒制得K-Ru/MgO催化劑。

綜合上述文獻報道，目前氧化鎂負載釕基催化劑的制備路線為先合成鎂化合物載體-負載釕前驅體-焙燒-還原制備Ru/MgO，然后再浸漬鉀鹽溶液-焙燒-還原等步驟制得K-Ru/MgO，其制備過程涉及多次液相合成和焙燒還原處理，流程繁瑣，耗時長，增加了催化劑生產成本，且制備得到的催化劑活性有限。

因此，有必要開發一種更簡單的氧化鎂負載釕基催化劑的制備方法，同時該方法制備得到的催化劑還應具有優異的低溫催化活性。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中氧化鎂負載釕基催化劑的制備工藝繁瑣、流程長，且制備得到的催化劑低溫催化活性低，氨分解效果欠佳的缺陷，從而提供一種氨分解催化劑及其制備方法和應用。