[发明专利]一种低温氨分解制氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种低温氨分解制氢催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂包括载体、活性组分和选择性加入的助催化剂；所述活性组分为钌，助催化剂为碱金属、碱土金属、稀土金属氧化物中的一种或两种，载体为金属复合氧化物M₂Ce₂O₇，M指La、Sm或Y。本发明采用柠檬酸络合法制备金属复合氧化物M₂Ce₂O₇,然后负载钌制得Ru/M₂Ce₂O₇催化剂。本发明制备的催化剂具有机械强度高、热稳定性好、制备工艺简单、生产成本低、低温催化活性高等优点，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及催化技术领域，具体涉及一种低温氨分解制氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

能源是社会经济的高速发展的物质基础，随着化石燃料等不可再生能源的日益枯竭，人们迫切需要开发出可替代化石燃料的清洁能源。氢能被誉为21世纪最具有发展前景的二次能源，H₂的燃烧焓为142MJ/kg，燃烧产物是水，符合绿色化学无污染、零排放的理念。

氨分解制氢(2NH₃＝N₂+3H₂)与天然气、液化石油气、甲醇等储氢原料制氢相比具有以下优点:(1)NH₃在20℃、0.8MPa的条件下可以以液态的形式储存和运输；(2)NH₃具有较大的能量密度(3000Wh/kg)和较高的氢容量(17wt.％)；(3)NH₃分解产物仅为氢气和氮气，无CO_x和NO_x，选用合适的吸收剂，未分解的NH₃可被有效吸收；(4)NH₃的生产、储存和运输技术成熟。因此，NH₃是一种高效、清洁和安全的制氢、储存和运输载体。

氨分解制氢催化剂主要包括以Fe、Ni为代表的非贵金属催化剂(Co、Mo等)和以Ru为代表的贵金属催化剂(Ir、Pt等)。目前工业上氨分解镍基催化剂使用温度在800℃以上，存在能耗高、设备制造成本高等问题。

中国专利201910125806.6公开了一种采用熔融法制备铁催化剂，该催化剂的低温氨分解活性比较低，在空速为7800h^-1下，450℃氨转化率为58.05％，500℃氨转化率为99.6％。中国专利201910538492.2采用溶胶-凝胶法制备催化剂前驱体，该催化剂前驱体在500-800℃、氢氮混合气气氛下氮化2-6h后制得氨分解催化剂，该催化剂在600℃氨转化率为79.8-88.7％，800℃氨气转化率为99％左右。中国专利201910532838.8公开一种以镍、钌中的一种或两种为活性组分，以碱金属、碱土金属、稀土氧化物中的一种或几种为助催化剂，以氧化钇稳定氧化锆或BaCe_0.7Zr_0.1Y_0.2O_3-δ为载体的催化剂，该催化剂以钌为活性组分时，550℃氨转化率为90.6-98.9％；以镍为活性组分时，650℃氨转化率为93.4-98.4％；以镍和钌双组份为活性组分时，550℃氨转化率为93.2-98.8％，650℃氨转化率为99％以上。中国专利201811411804.5采用沉积沉淀法制备稀土金属氧化物负载的钌催化剂5wt％Ru/CeO₂，该催化剂在450℃氨转化率为76.4％。中国专利201911214086.7公开一种以ABOx复合金属氧化物为载体负载金属M制得M/ABO_X催化剂(A、B分别表示三、四价金属，M表示Ru、Fe或Ni)，该催化剂以钌为活性组并添加钾助催化剂时，在空速2600h^-1、450℃条件下氨转化率最高为88.7％。

综上所述，现有氨分解制氢催化剂存在温度高、低温活性低、生产能耗高等缺点。

因此，开发在低温条件下具有高活性、高稳定性的氨分解制氢催化剂具有十分重要的意义。