[发明专利]一种低温水汽变换催化剂及制备方法

说明书

本发明涉及一种低温水汽变换催化剂及其制备的新方法。该催化剂载体为Ce‑Zr复合金属氧化物，活性组分为Au。Ce与Zr的摩尔比为0.2～5，Au的负载量为0.5～2％。该催化剂应用于低温水汽变换反应中，尤其在高空速条件下表现出优异的催化活性，优于传统CuZn/Al₂O₃催化剂。

技术领域

本发明涉及一种低温水汽变换催化剂及其制备的新方法，具体地说，本发明涉及一种以Au为活性组分、以Ce-Zr复合金属氧化物为载体，用于低温高空速下CO和H₂O反应制氢的催化剂。

背景技术

目前机动车动力来源仍然来自于化石燃料的燃烧。然而，化石燃料的使用产生大量的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫以及氮氧化物等有毒气体，造成严重的环境问题。为了减少环境污染、高效率利用能源，氢燃料电池成为人们研究的热点。水汽变换反应在生产氢气环节占据着重要的地位，每年有超过15万亿立方英尺的氢气是由水汽变换反应值得。此外，水汽变换反应能够消耗燃料电池中的CO，并生成氢气，在提高氢气含量的同时有效避免CO对电池中电极的毒化。因此，开发高效的低温反应催化剂，使原料气中的CO含量降至0.5-1％，适应小反应器尺寸(空速通常为100000h^-1)，满足便携、可移动的要求是一项重大挑战。

迄今为止，铁系(Fe-Cr)高温变换催化剂和Cu-Zn低温变换催化剂仍是水汽变换反应中最常使用的催化剂。Fe-Cr催化剂具有活性范围宽，热稳定性好，使用寿命长，有一定的抗中毒性，廉价易得，适用性好等优点。但是，低空速(约3000h^-1)条件下，CO在铁系催化剂上也仅有70％左右的转化率。经过多年的发展，Fe-Cr催化剂已达到其活性瓶颈，很难有进一步的提高。Cu-Zn低温变化催化剂适用于反应温度为150-300℃，空速低于3000h^-1的反应条件，CO的转化率也在70％左右。目前工业上常用的铁系、Cu-Zn变换催化剂难以满足燃料电池对反应器小型化、CO高转化率的要求。因此，亟需开发一种高效水汽变换催化剂，使其满足燃料电池体系要求的高空速条件下CO高转化率的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种高效的低温水汽变换催化剂，该催化剂采用以Au为活性组分、以Ce-Zr复合金属氧化物为载体，制备工艺简单。该催化剂在空速为100000h^-1条件下使得CO的转化率高达90％，远高于商业水汽变换催化剂。

基于上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于低温水汽变换反应的催化剂，催化剂由活性组分、氧化物载体组成。其特征在于催化剂的活性组分为含有Au、Pt、Pd、Rh或Ru元素的化合物中的一种或两种以上，氧化物载体为Ce-Zr金属复合氧化物。

所述的催化剂，其特征在于活性组分的含量为：0.5～2wt％，Ce与Zr的摩尔比为：0.2～5。

一种用于低温水汽变换反应催化剂的制备方法，包括：

(1)将正丁醇、硝酸和表面活性剂混合，搅拌至形成澄清溶液；

(2)将铈源、锆源加入步骤(1)溶液中，继续搅拌2～24小时得到溶胶；

(3)将步骤(2)中得到的溶胶与100-140℃下老化5～24小时；

(4)取步骤(3)中固体物质焙烧即可得到载体；

(5)将步骤(4)中得到的载体与氯金酸溶液混合后，加入尿素；

(6)将步骤(5)中混合体系在80-100℃下剧烈搅拌5～12小时；

(7)滤出步骤(6)中混合体系的固体，洗涤3～5次，60-100℃干燥12～24小时，焙烧得到催化剂。