[发明专利]一种氮化铝基催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明属于催化剂制备领域，具体涉及一种氮化铝基催化剂，所述氮化铝基催化剂具有核壳结构，包括内核和壳层，所述内核为氮化铝，所述壳层为氧化铝，所述内核和壳层之间设有活性金属组分。本发明还包括氮化铝基催化剂的制备方法及其应用。本发明工艺简单，无污染，可以大规模生产和使用。本发明采用新型的氮化铝陶瓷作为载体，具有高机械强度和高的导热性能和高抗积炭能力的负载型催化剂。通过形成氧化铝薄膜将表面的活性金属包覆得到核壳结构，实现活性金属的限域作用，而增加了活性金属的稳定性能和催化剂的抗积炭性能。

技术领域

本发明属于催化剂制备领域，具体涉及一种氮化铝基催化剂、制备方法及应用。

背景技术

AlN陶瓷具有优良的导热性、耐高温性、耐腐蚀性，不仅满足大规模甲烷-二氧化碳重整催化剂要求，也能很好的提高催化剂床层热转移，从而抑制传热过程中局部不均匀而致金属粒子迁移长大和聚集以及冷点导致的催化剂破裂等问题。

目前，在甲烷-二氧化碳反应工艺中所使用的载体大多是氧化铝，氧化硅等低热导率载体。由于甲烷-二氧化碳反应是强吸热反应，所以在工业应用中这些低热导率的载体型催化剂往往有“冷点”的形成从而导致催化剂的破裂和反应器堵塞等严重后果。而且，传统的工业催化剂很难完全解决金属颗粒完全不长大和催化反应中的积碳问题。这也是一直制约着甲烷-二氧化碳重整工艺的大规模应用。提高催化剂的抗烧结和积碳性能，一直是催化剂制备过程的主要研究方向。目前，用于提高抗烧结和积碳，处于实验室研究阶段的催化剂制备方法性能主要采用双金属合金化、添加助剂和物理限域等方法。而双金属合金化和添加助剂仅仅能缓解烧结和积碳的速率。物理限域的效果虽然能够达到完全的抗烧结和积碳，但是其制备方法主要包括，水热合成，原子层沉积、氨蒸发诱导法和微乳液等技术手段复杂，污染严重，而且也会导致金属没有被完全包覆等问题而导致此方法很难在工业上的大规模使用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适于甲烷与二氧化碳的重整反应的简单的，氮化铝基催化剂具有环保的核壳结构，解决传统Al₂O₃基催化剂活性金属烧结和催化剂积碳问题给甲烷与二氧化碳的重整反应带来严重后果的问题，适用于氮化铝基催化剂的工业化生产。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种有氮化铝基催化剂，所述氮化铝基催化剂具有核壳结构，包括内核和壳层，所述内核为氮化铝，所述壳层为氧化铝，所述内核和壳层之间设有活性金属组分。

在本发明的一些实施方式中，所述活性金属组分选自镍、钴、铂、铁、铑、钯、银、金中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述活性金属组分选自镍、钴、铂中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述活性金属组分占催化剂总质量的0.3～10％。

本发明另一方面提供本发明第一方面所述的氮化铝基催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将氮化铝粉末在惰性气体下焙烧得到氮化铝载体；

2)提供活性金属组分的金属盐溶液，将所述金属盐溶液滴加到步骤1)所述的氮化铝载体得前躯体A；

3)将步骤2)所述的前躯体A在惰性气体下焙烧；

4)将步骤3)所述焙烧后的产物在相对湿度为10％～90％的空气中制得所述前躯体B；

5)将步骤4)所述的前躯体B还原，即得氮化铝基催化剂。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤1)中氮化铝粉末中含氧量小于20％。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤1)中焙烧的温度为1300～1800℃，焙烧的时间为 3～6h。