[发明专利]一种用于氢气转运系统的高选择性铜铂合金催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于氢气转运系统的高选择性铜铂合金催化剂及其制备方法，属于氢能技术领域。氢气转运系统以有机液体(甲基环己烷和甲苯)作为储氢载体，将工业副产的氢气通过氢气转运系统安全、稳定地储存在储氢载体中。所述脱氢催化剂为铜铂合金催化剂，以金属铜和铂盐水溶液为金属前驱体、以高硅分子筛为载体由浸渍法制备。并在浸渍过程中加入络合剂(有机酸和聚乙烯吡咯烷酮混合物水溶液)。这种催化剂使氢气转运系统能够产生高纯度的氢气，无需分离提纯即可满足氢燃料电池氢源的纯度要求(≥99.97％)。

技术领域

本发明属于氢能技术领域，具体来说是涉及一种用于氢气转运系统的铜铂合金催化剂的制备方法及应用。

背景技术

众所周知，氢能具有环境友好、资源丰富、热值高、燃烧性能好、潜在经济效益高等优点，被认为是未来能源结构中最具有发展潜力的能源载体，有非常广泛的用途和重要的商业价值。很多工业过程副产大量高价值氢气但却没有条件就地进行充分利用。

由于氢气的产地往往不能充分利用氢气，这凸显了氢气的储运问题。但是氢气具有易燃易爆性，因此氢能的利用不但依赖于制氢技术，也依赖于安全、经济的储存和运输技术。为了更安全地使用氢气，研究者们提出了加压储氢、低温液化储氢、固体材料物理吸附储氢、固体氢化物化学吸附储氢和有机液体储氢等诸多储氢技术。加压储氢的质量储氢密度较低，一般为1-5wt％，且高压容器寿命有限，长周期储存氢气易泄露导致安全事故，因此无法在需要大规模、远距离或长周期的情况下应用。低温液化储氢虽有理想的储氢密度(约10wt％)，但液化氢气成本过高(1kg氢液化需要消耗17kWh电力)，且不能长期储存。固体材料物理吸附储氢以碳材料为代表。据文献Materials Science and Engineering 2002,20(1),31报导，单壁碳纳米管在-179℃、6MPa下的储氢质量分数可高达9.8wt％。但目前大规模生产碳材料的技术尚未成熟且成本较高，储氢过程温度和压力也有较苛刻的要求，因此还没有得到广泛应用。固体氢化物化学吸附储氢包括金属氢化物、复合铝氢化物、硼氢化物等，目前大部分储氢合金的质量储氢密度仅在2～3wt％。但轻金属合金如MgH₂储氢密度可达到7.6wt％。然而，Mg系合金存在吸放氢速率较慢、放氢所需温度较高的问题。而且，在吸放氢过程中金属合金普遍存在易粉化等严重问题。综上所述，考虑到储氢密度、储氢循环可逆性、储氢能耗、吸放氢速率和安全性，有机液体氢气转运系统应该是比较理想的解决方案。有机液体氢气转运系统是一种基于可逆的加氢-脱氢催化反应的氢气存储和释放技术。有机储氢液体大致可分为三类：环烷烃、含氮杂环化合物和其它有机储氢液体(如甲醇、乙醇和甲酸等)。综合考虑有机储氢液体的稳定性、毒性、沸点、储氢密度、脱氢焓和价格，甲基环己烷-甲苯-氢循环(MTH)是最适合大规模、远距离、长周期转运氢气的体系之一。目前甲基环己烷-甲苯-氢储氢技术在日本已经商业化。在氢能产业链的下游，未来氢能将主要应用于氢燃料电池汽车/叉车、分布式发电、应急电源、以及作为工业加氢反应原料和高能量密度燃料(如液体燃料火箭)等方面。其中氢燃料电池是氢气能源化利用最核心的技术。氢燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率较高，自重轻，能量密度大，续航能力强，并且零碳排放。氢能借助氢燃料电池可以将化学能直接转化为电能用于移动终端，帮助工业、建筑、交通等主要终端应用领域实现低碳化。但氢燃料电池对氢源纯度有较高要求，氢气纯度是影响氢燃料电池使用寿命的重要因素。因此国际标准ISO14687-2中规定了氢燃料电池用氢的纯度需满足

≥99.97％，并对其中的杂质，如烃类化合物、颗粒物、碳氧化物、氮氧化物、总硫量等进行了严格限制。例如，杂质烃类总量(以甲烷计)不得超过2μmol/mol。这对氢气转运系统中催化剂的选择性提出了很高的要求。在MTH氢气转运系统中，甲基环己烷脱氢反应由于存在脱烷基、裂化等氢解副反应容易产生杂质烃，因此制备高选择性的脱氢催化剂是该氢气转运系统的一个技术关键。高选择性的催化剂可以避免在氢气释放过程中向氢源引入杂质，免去氢气分离提纯环节，这将显著降低氢能成本，增加氢气使用的便捷性，推动氢能产业链高效运转。

以下专利与有机液体储氢有关。