[发明专利]一种Co-Ce-B/凹凸棒石催化剂及其制备方法和在硼氢化物水解制氢中的应用

说明书

技术领域

本发明属于便携式制氢技术领域，具体涉及一种Co-Ce-B/凹凸棒石催化剂及其制备方法和在硼氢化物水解制氢中的应用。

背景技术

氢气是一种来源广泛、高效、清洁的燃料及能源载体。现已被人们广泛看作是一种理想的绿色能源，但是氢能源的发展同样也存在许多需要亟待解决的问题。其中，安全高效而且低成本的氢储存运输技术的开发是制约氢能广泛应用的关键之一。目前常用的氢气储存方式有高压气态储氢、低温液态储氢及金属氢化物储氢等。但这些贮氢方式在贮氢密度方面尚无法满足氢能要求的问题。因此利用硼氢化物作为贮氢介质，并通过硼氢化物与水反应来制取氢气，这种制氢方法引起了人们的广泛关注。

在相对温和的反应条件下，利用比较简单的反应装置，硼氢化物与水反应就可以得到高纯度的氢气，并且具有方法简便以及安全性高等优点。其中硼氢化钠因其贮氢密度高，稳定，不易分解等特性成为储氢的首选材料，而且，硼氢化钠水解制氢还具有良好的可控性，因为只要当NaBH₄溶液接触到催化剂时，其水解反应就可以很快发生，其反应过程如下：

  

而当NaBH₄与催化剂脱离接触时，其水解反应会立刻停止。

目前，研究发现多数催化剂可用于催化水解硼氢化钠。研究发现Pt（Kojima,2002,1029）、Ru（Amendolat,2000,969）等贵金属催化剂的催化效果好，能提供高效的氢气制备速率，但它们同时具有的成本高和易失活等缺陷限制了其应用。而普通金属如Co和Ni等被广泛研究应用于催化硼氢化钠水解制备氢气，如Ni-B（Dong,2003,1095）、Co-B（Kim,2004,263）等，但其活性和稳定性不够理想，而催化剂的活性和稳定性是评价催化剂优劣的重要指标。

发明内容

针对现有技术中硼氢化物水解制氢所用催化剂存在的上述问题，本发明的目的是提供一种Co-Ce-B/凹凸棒石催化剂及其制备方法和在硼氢化物水解制氢中的应用，采用本发明所述技术方案不仅可以降低催化剂的成本，提高催化剂的活性，而且制备方法简便，产氢速率高。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种Co-Ce-B/凹凸棒石催化剂，所述催化剂以凹凸棒石为载体，负载活性组分Co-Ce-B，其中凹凸棒石的质量百分含量为70-95%，Co-Ce-B的质量百分含量为5-30%，其中（Co+Ce）：B的摩尔比为0.75-2：1，Ce：Co的摩尔比为0.01-1.5：1。

对上述技术方案的进一步改进：所述凹凸棒石呈长棒状，其长度为800~1200nm，宽度为30-60nm。

本发明还提供了所述的Co-Ce-B/凹凸棒石催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤： 

取筛分好的凹凸棒石放入马弗炉中进行活化，分别配制摩尔浓度为0.1-10mol/l钴盐和0.1-10mol/l铈盐溶液，钴盐铈盐总质量占凹凸棒石质量的20-85%；将所述凹凸棒石完全并均匀浸渍于所述钴盐和铈盐溶液后，将其置于超声波清洗器中1~4h，然后将浸渍后的凹凸棒石置于恒温干燥箱中100-200℃干燥；干燥后取出研磨并过100-300目筛得到浸渍好钴盐和铈盐的凹凸棒石粉体；

配制NaBH₄溶液逐滴滴加到所述凹凸棒石粉体中，Co²⁺和Ce³⁺还原为单质Co和单质Ce，与元素B形成Co-Ce-B活性组分，将负载活性组分的凹凸棒石洗涤后干燥研磨，备用。 

对上述技术方案的进一步改进：所述钴盐为硝酸钴、硫酸钴、碳酸钴或氯化钴中的一种，所述铈盐为硝酸铈、硫酸铈、碳酸铈或氯化铈中的一种。

对上述技术方案的进一步改进：所述的凹凸棒石在马弗炉内的恒温煅烧温度为300-700℃。

对上述技术方案的进一步改进：所述硼氢化物为硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化锂、硼氢化钙或硼氢化钡。

对上述技术方案的进一步改进：所述催化剂在使用前在60~100℃下进行真空干燥，干燥时间为1~16h。

本发明还提供了所述的Co-Ce-B/凹凸棒石催化剂在用于硼氢化物水解制氢中的应用。

对上述技术方案的进一步改进：所述催化剂在15wt.%NaOH浓度的溶液中产氢速率最快。

对上述技术方案的进一步改进：所述催化剂在8wt.% NaBH₄浓度的溶液中产氢速率最快。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：