[发明专利]由镨锆镍铁铜氧化物组成的制氢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及其制备方法，特别是一种由镨锆镍铁铜氧化物组成的制氢催化剂及其制备方法。

背景技术

氢气是一种化工产品，是广泛使用的还原剂，是制备含氢物质的重要原料，也是一种清洁能源。氢气可通过电解水或水煤气转化获得，也可通过含氢物质分解获得。利用乙醇与水气重整反应制备氢气具有绿色、可持续性的优势，其原因是乙醇可由淀粉和糖转化生成，而淀粉和糖可来源于生物质转化生成，所以，乙醇与水气重整反应制备氢气的原料是可再生的；乙醇水气重整反应的最终产物是二氧化碳与氢气，通过加压液化分离可分别得到二氧化碳和氢气，所以，乙醇水气重整制氢工艺是绿色环保的。乙醇水气重整反应生产氢气的关键技术是催化剂的制备工艺。目前已经开发了多种乙醇水气重整反应生产氢气的催化剂，但已有催化剂存在如下问题：一是使用贵金属制备催化剂，成本高；二是催化剂易烧结失活；三是催化剂的低温活性及氢气选择性不够高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种由镨锆镍铁铜氧化物组成的制氢催化剂及其制备方法，以提高催化剂的活性、稳定性和选择性，降低催化剂的生产成本。

解决上述技术问题的技术方案是：一种由镨锆镍铁铜氧化物组成的制氢催化剂，包括催化剂载体和催化剂活性组分，所述的催化剂载体由镨和锆的氧化物组成，催化剂活性组分包括镍、铁和铜的氧化物，催化剂的化学式为Ni_aFe_bCu_cPr_dZr_gO_x，其中，a、b、c、d、g、x为催化剂中各元素的原子比例系数，其中，a/b＝4，b/c=1，g/d=4，x＝a+1.5b+c+1.5d+2g，(a+b+c)/(d+g)＝0.03~0.26。

本发明的进一步技术方案是：该催化剂中各元素的较佳原子比为：(a+b+c)/(d+g)＝0.06~0.15。

本发明的另一技术方案是：一种由镨锆镍铁铜氧化物组成的制氢催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

A．制备催化剂载体：

将硝酸锆与硝酸镨溶于水形成金属硝酸盐混合溶液，将碳酸铵溶于水形成碳酸铵水溶液，然后将金属硝酸盐混合溶液与碳酸铵水溶液混合，所述碳酸铵的物质的量＝Zr⁴⁺离子物质的量×（2.1 ~2.3）+ Pr³⁺离子物质的量×（1.575 ~1.725），单位：摩尔；搅拌反应生成沉淀，过滤，加入洗涤剂超声洗涤，再过滤，在空气中干燥，然后在空气中焙烧所得沉淀，得到由镨和锆的氧化物组成的催化剂的载体；

B．负载硝酸镍、硝酸铁和硝酸铜：

将催化剂载体经浸渍法负载硝酸镍、硝酸铁和硝酸铜，制得中期沉淀物；

C．分散并过滤：

在中期沉淀物中加入分散剂进行超声波分散，并经过滤；

D．干燥：

将经分散并过滤后的中期沉淀物在空气中进行烘干干燥；

E．焙烧：

将经干燥后的中期沉淀物在空气中焙烧，所得的最终固体为由镨锆镍铁铜氧化物组成的制氢催化剂，该催化剂的化学式为Ni_aFe_bCu_cPr_dZr_gO_x，其中，a、b、c、d、g、x为催化剂中各元素的原子比例系数，其中，a/b＝4，b/c=1，g/d=4，x＝a+1.5b+c+1.5d+2g，(a+b+c)/(d+g)＝0.03~0.26。

本发明的进一步技术方案是：所述的步骤A包括以下工序：

A1．制备金属硝酸盐混合溶液：

将硝酸锆、硝酸镨溶于水形成金属硝酸盐混合溶液，该金属硝酸盐混合溶液中，锆、镨金属离子总浓度为0.1mol/L～1mol/L；

A2．制备沉淀剂：

将碳酸铵溶于水形成碳酸铵水溶液作为沉淀剂，该碳酸铵水溶液中，碳酸铵浓度为0.1mol/L～2mol/L；

A3．混合反应：

将金属硝酸盐混合溶液与沉淀剂混合，所述碳酸铵的物质的量＝Zr⁴⁺离子物质的量×（2.1 ~2.3）+ Pr³⁺离子物质的量×（1.575 ~1.725），单位：摩尔，搅拌反应生成沉淀；

A4．第一次过滤：

将反应后生成的沉淀进行第一次过滤，得初期沉淀物；

A5．洗涤：

将经第一次过滤后的初期沉淀物加入洗涤剂进行超声洗涤；