[發明專利]鈷氧化物催化劑及其制備方法以及用于氨分解的方法

有效

• 申請號: 202210732503.2
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN114984967B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 張文碩;周為莉;李楊楓;王占東
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;B01J37/03;B01J37/08;C01B3/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

本發明提供了一種鈷氧化物催化劑及其制備方法以及用于氨分解的方法，該鈷氧化物催化劑的制備方法，包括：將包含Na離子或K離子的堿性試劑溶解于水，得到沉淀劑溶液；將鈷前驅體溶于水，得到前驅體溶液；將沉淀劑溶液逐滴加入前驅體溶液，直至pH達到一定值后，進行陳化、抽濾、洗滌、烘干處理得到粗催化劑；將粗催化劑焙燒后即得到鈷氧化物催化劑；其中，鈷氧化物催化劑包括Na或K摻雜的鈷氧化物。采用Na或K摻雜的鈷氧化物能夠經濟實惠的分解NHsubgt;3/subgt;，具有較高活性，且催化劑本身不負載于載體、或與其他金屬元素復合，成本低，且本發明制備的鈷氧化物催化劑明顯具有較高的氨分解活性。

技術領域

本發明涉及環境催化領域，具體涉及一種鈷氧化物催化劑及其制備方法以及用于氨分解的方法。

背景技術

氨具有較高的能量密度和辛烷值，也是氫能的載體。其單獨作為燃料時存在點火所需能量高、火焰傳播速度低、尾氣NO_x排放高等問題，往往需要引入添加劑。解決辦法之一是利用氨催化分解的產物H₂，能夠在改善氨的燃燒性能的同時，降低尾氣NO_x的排放。由此可見，不論是直接作為燃料，還是用于提純氫氣，都涉及到氨分解這一關鍵反應。近年來，不斷有研究案例證明氨分解制氫具有一定的經濟可行性。由于氨分解反應所需的活化能較高，需要采用合適的催化劑降低反應所需的溫度、以削減能耗，同時還需考慮催化劑制備的成本和經濟效益。

發明內容

基于此，本發明提出了一種鈷氧化物催化劑的制備方法以及用于氨分解的方法，采用Na或K摻雜的鈷氧化物能夠經濟實惠的分解NH₃，具有較高活性，且催化劑本身不負載于載體、或與其他金屬元素復合，成本低。

根據本發明的一個方面，提供了一種鈷氧化物催化劑的制備方法，包括：

將包含Na離子或K離子的堿性試劑溶解于水，得到沉淀劑溶液；

將鈷前驅體溶于水，得到前驅體溶液；

將上述沉淀劑溶液逐滴加入上述前驅體溶液，直至pH達到一定值后，進行陳化、抽濾、洗滌、烘干處理得到粗催化劑；

將上述粗催化劑于馬弗爐焙燒后即得到上述鈷氧化物催化劑；

其中，上述鈷氧化物催化劑包括Na或K摻雜的鈷氧化物，優選為Co(NO₃)₂·6H₂O、CoSO₄·7H₂O或CoCl₂·6H₂O；

所述堿性試劑優選為NaOH或K₂CO₃或KOH。

根據本發明的實施例，其中，上述鈷前驅體為二價鈷鹽的水合物。

根據本發明的實施例，其中，上述pH值的范圍為9.0-10.0。

根據本發明的實施例，其中，上述焙燒的溫度為550-600℃，焙燒時間為3-4h，升溫速率為5-10℃/min。

根據本發明的實施例，其中，上述陳化的時間為3-5h。

根據本發明的另一個方面，提供了一種利用上述的制備方法制得的鈷氧化物催化劑，其中，所述鈷氧化物催化劑包括Na或K摻雜的鈷氧化物。

根據本發明的另一個方面，提供了一種將上述的鈷氧化物催化劑用于氨分解的方法，包括：

在NH₃/Ar氣氛下，對所述鈷氧化物催化劑進行加熱活化，以將上述鈷氧化物催化劑還原至金屬態Co，并使NH₃在上述金屬態Co的活性位點上分解為H₂和N₂并脫附；

其中，上述鈷氧化物催化劑包括Na或K摻雜的鈷氧化物。