[发明专利]一种非贵金属甲醇重整制氢催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种非贵金属甲醇重整制氢催化剂及其制备方法，其为均一的固溶体，通过反向共沉淀法制得，包括载体ZnO/Al₂O₃及负载其上的活性组分Cu和助剂Sc₂O₃，其中Sc的量为1.0～5.0wt％。本发明的非贵金属甲醇重整制氢催化剂为均一的固溶体且活性金属粒径小、分散均匀，能够解决现有催化剂高温易烧结的问题。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种非贵金属甲醇重整制氢催化剂及其制备方法。

背景技术

汽车尾气中的颗粒物(PM)和氮氧化物(NO_x)是城市雾霾的主要原因。PM通常是由于燃料的不完全燃烧引起的，而NO_x是由于发动机燃烧室内局部温度较高而引起的自由基反应造成。因此，通过尽可能提高燃烧效率和降低燃烧温度来降低发动机废气排放至关重要。

近年来，氢气与柴油混合掺烧技术成为重要的混合燃料燃烧技术之一。向进气通道中添加少量的氢气形成富氢气体，注入发动机中，将有助于发动机燃烧室中燃料的点火和燃烧。不仅提高了燃料效率，而且还能减少尾气中的污染物，包括降低PM，同时抑制NO_x的形成等。

在众多氢的化学储存方法中，甲醇被视为最合适的车载氢源之一。采用甲醇重整制氢技术制备氢气具有非常多的优点：首先，甲醇是普通化工原料，便宜且易得，且易于作为液体储存；甲醇是一种一级醇，具有较高的氢碳比，但没有碳-碳键，因此可以在相对较低的温度(200～300℃)下很容易地转化为富氢气体，同时其能耗也较低。此外，甲醇可由生物质等可再生资源发酵得到，生物质通常不含硫，因此在重整过程中排放较少或几乎不排出二氧化硫。传统的甲醇重整铜基催化剂在温度超过300℃时容易发生团聚、烧结，致使催化剂失活。一直以来对于铜基催化剂这一缺陷都没有较有效的解决手段，而贵金属催化剂或Zn-Cr催化剂相较于铜基催化剂在成本或适用条件上都要求较高，因此无法推广使用。铜基催化剂成本低廉，且适用温度低，氢选择性高，因此，若能解决铜基催化剂高温下易失活的问题，则能有效地延长催化剂的使用寿命。这不仅对于柴油辅助燃烧车载甲醇供氢系统的开发具有应用价值，而且对于其它甲醇制氢场合也有着广泛的理论意义和实际应用价值。

CN108404925A公开了一种甲醇重整制氢催化剂，其中所涉及的催化剂解决了传统铜基催化剂高温易失活的缺陷，但该催化剂的低温活性并不十分突出，效果仍然不够理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种具有较好低温活性，同时又抗高温烧结的非贵金属甲醇重整制氢催化剂。

本发明的另一目的在于提供上述非贵金属甲醇重整制氢催化剂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种非贵金属甲醇重整制氢催化剂，为均一的固溶体，通过反向共沉淀法制得，包括载体ZnO/Al₂O₃及负载其上的活性组分Cu和助剂Sc₂O₃，其中Sc的量为1.0～5.0wt％。

上述非贵金属甲醇重整制氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硝酸铜、硝酸钪、硝酸铝和硝酸锌加入去离子水中，再加入聚氧乙烯类表面活性剂，搅拌混合均匀，得到金属盐混合溶液；

(2)在上述金属盐混合溶液中加入氢氧化钠溶液，于70-80℃搅拌至金属离子完全沉淀，然后静置陈化，得pH≥8的沉淀悬浊液；

(3)将上述沉淀悬浊液过滤后，获得沉淀，再将该沉淀依次经离子水洗涤、干燥和焙烧，得到所述非贵金属甲醇重整制氢催化剂；

上述干燥的温度为100～120℃，干燥的时间为10～13h；上述焙烧的温度为380～420℃，焙烧时间为3～10h。