[发明专利]一种用于甲醇水蒸气重整制氢的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，尤其是一种用于甲醇水蒸气重整制氢的催化剂及其制备方法。

背景技术

车载氢燃料电池技术的进步，推动了移动式制氢技术的发展。甲醇作为车载制氢系统的原料具有反应温度和压力低、H/C比高、无NO_x、SO_x排放物，并可应用于现动力燃料输配系统等优点，因而备受关注。甲醇水蒸气重整（Methanol steam reforming,缩写为MSR）为燃料电池供氢的研究已有多方面报道。现有文献报到显示，与贵金属基催化剂相比，Cu-催化剂对MSR具有较高的活性、生成H₂/CO₂的较高选择性（A.P.Tsai,et al.,Appl.Catal.A,2001,214:237–241;Y.Liu,et al.Appl.Catal.A,2002,223:137–145;X.R.Zhang,et al.,Fuel Process.Technol.,2003,83:183–192），但其在300°C温度下操作容易烧结失活（D.L.Trimm,et al.,Catal.Rev.2001,43:31–45.）。随后研发的Pd/ZnO（N.Iwasa,et al.,Appl.Catal.A,1995,125:145–157;Y.H.Chin,et al.,Fuel Process.Technol.,2003,83:193–201;A.Karim,et al.,J.Catal.,2006,243:420–427）和Pd/Ga₂O₃（H.Lorenz,et al.,Appl.Catal.A,2009,358:203-210）催化剂，因其对MSR生成H₂/CO₂显示出更高的选择性和热稳定性而备受关注；上述文献报到：在Pd/ZnO和Pd/Ga₂O₃催化剂中，Pd-Zn或Pd-Ga合金的生成对催化剂的活性和选择性的提高起着重要作用。但从实用角度考虑，Pd/ZnO或Pd/Ga₂O₃催化剂的活性，尤其是其操作稳定性（使用寿命）仍亟待提高。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种用于甲醇水蒸气重整制氢的催化剂及其制备方法。所制备的催化剂具有高活性和高选择性，且稳定、操作寿命长，能有效提高甲醇水蒸气重整制氢的单程产率以及操作周期寿命等特性。

所述用于甲醇水蒸气重整制氢的催化剂为碳纳米管和钪双促进的共沉淀型钯锌基催化剂，催化剂包含主组分和促进剂，所述主组分为Pd和ZnO，促进剂为碳纳米管（CNT）和氧化钪（Sc₂O₃），催化剂的化学式表示为：Pd_iZn_jSc_k-x%CNT，式中下标i、j、k为催化剂中Pd、Zn、Sc的摩尔比例系数，x%为CNT在计量式为Pd_iZn_jSc_k-x%CNT的催化剂中所占质量百分数。所述用于甲醇水蒸气重整制氢的催化剂各组份的质量百分数分别为Pd：8%～25%，Sc：0.5%～4.5%，CNT：5%～15%，余量为Zn；优选为Pd：15%～18%，Sc：2.5%～4.0%，CNT：8%～12%，余量为Zn。

所述用于甲醇水蒸气重整制氢的催化剂中，Pd来源于其金属盐，如PdCl₂等。

所述用于甲醇水蒸气重整制氢的催化剂中，ZnO来源于其金属盐，如Zn(NO₃)₂等。

所述用于甲醇水蒸气重整制氢的催化剂中，Sc₂O₃来源于其金属盐，如Sc(NO₃)₃等。

所述碳纳米管为多壁碳纳米管，外管径10~60nm，内管径3～8nm，总碳含量≥99.5wt%，石墨碳含量≥90wt%。

所述用于甲醇水蒸气重整制氢的催化剂的制备方法如下：