[发明专利]一种一氧化碳富氢条件下优先氧化催化剂的制备及其在选择性氧化反应中的应用

说明书

本发明提供一种一氧化碳富氢条件下优先氧化催化剂的制备及其在选择性氧化反应中的应用，采用胶体法制备尺寸较小且粒径分布较为均一的金纳米颗粒。之后通过光沉积的方法在Au/TiO₂催化剂Au‑O‑Ti界面上选择性地沉积PbO₂，处理后测试一氧化碳在富氢条件下优先氧化的催化性能。一氧化碳在富氢条件下优先氧化的方法为：称150mg催化剂置于固定床反应器中，引入一定流速的甲醇水蒸汽重整气并通过催化剂床层，反应温度从室温到200℃，用安捷伦7890B气相色谱在线检测反应产物。采用该方法制备的催化剂在一氧化碳富氢条件下优先氧化反应中表现出优异的催化性能，将对燃料电池商业化应用起到积极的推动作用。

技术领域

本发明属于氢气纯化领域，具体涉及一种催化剂的制备方法及其在一氧化碳富氢条件下优先氧化反应的应用。

背景技术

燃料电池作为一种将化学能直接转化为电能的装置，是一种无污染、能量转化率高的清洁能源。因此被视为二十一世纪解决化石能源危机的有效方法，从而受到科研人员的广泛研究。质子交换膜燃料电池作为一种最具有应用前景的燃料电池，通常需要使用纯氢作为燃料。甲醇重组反应器是一种可以将甲醇转化为富氢气体的装置，其中氢气含量约50％，为了给燃料电池提供燃料，通常需要对富氢气体进行纯化。目前常用的纯化技术有钯膜纯化、变压吸附纯化和选择性氧化纯化。钯膜运行温度高、价格昂贵，在使用中常因破损而导致氢气纯度不足，导致燃料电池的寿命大幅减少。变压吸附纯化是工业上常见且可靠的纯化工艺，但由于其工作温度为常温，因此必须先将气体降温至常温，且经其纯化的氢气中仍含有1ppm以上的CO，虽然纯化后CO含量符合燃料电池的要求，但是随着纯化装置使用时间的增长，纯化效果可能会变差，而CO含量的增加直接影响到燃料电池的寿命。而对于选择性氧化纯化方法，质子交换膜燃料电池的最佳工作温度不同，又分为低温型质子交换膜燃料电池和中温型质子交换膜燃料电池。对于低温型质子交换膜燃料电池而言，甲醇水汽重整后需要先经过水汽变换反应，然后经过选择性氧化纯化，纯化步骤多、工序复杂；对于中温型质子交换膜燃料电池而言，甲醇水汽重整后只需经过选择性氧化一步纯化过程，工序简单，但是由于氢气在中温条件下很容易氧化，选择性氧化纯化过程消耗大量的氢气。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能稳定、寿命长、一氧化碳转化率以及选择性高的甲醇重整燃料电池用氢气纯化催化剂。

本发明目的是通过以下方式实现的：本发明的催化剂为Au/TiO₂催化剂的金与氧化钛载体界面处被少量的惰性氧化物氧化铅所占据，此催化剂在PROX反应中在一个非常宽的温度范围内都能够实现CO全转化(40-160℃)。

本发明一方面提供一种催化剂，包括Au纳米颗粒，氧化钛载体和惰性氧化物，所述Au 纳米颗粒负载于氧化钛载体上；所述惰性氧化物位于Au纳米颗粒和氧化钛载体接触的界面处；所述惰性氧化物为氧化铅。

基于以上技术方案，优选的，氧化钛为载体，金的负载量为0.1-5％，惰性氧化物的负载量为0.1％-10％

本发明另一方面提供一种上述一氧化碳在富氢条件下优先氧化的催化剂的制备方法，具体包括以下实验步骤：

以HAuCl₄水溶液为反应原料，将其置于容器中，加水稀释，加入聚乙烯醇水溶液(PVA)，搅拌，加入硼氢化钠(NaBH₄)水溶液，反应0.5h，加入TiO₂，用1-5mol/L醋酸溶液将pH值调到6-8，继续搅拌1-6h，抽滤，水洗至中性；室温下真空烘干后，置于管式炉中焙烧，得到Au/TiO₂。