一种用于低温水煤气变换反应的铈基催化剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用于低温水煤气变换反应的铈基催化剂及其制备方法。将铈基前驱体与Cu(NO

说明书

技术领域

本发明属于催化剂材料制备领域，具体涉及一种用于低温水煤气变换反应的铈基催化剂及其制备方法。

背景技术

随着氢能经济的发展，氢燃料电池成为重要的新能源应用平台。为防止氢燃料中少量一氧化碳（CO）对燃料电池催化剂的毒化，可采用水煤气变换反应对氢燃料进行纯化。作为一个低温有利反应，如果能找到可以在较低温度工作的高效水煤气变换催化剂，就能在获得高催化活性的同时获得热力学的优势，这也是与低温氢燃料电池（工作温度70-90℃）有效整合的需要。因此，开发在低温区同时具有高催化活性和稳定性的水煤气变换催化剂具有重大意义。

随着催化基础理论的不断发展，基本确定H₂O解离吸附和CO氧化是变换反应至关重要的两步基元反应。因此性能优异的变换催化剂应该同时具有吸附氧化CO和解离吸附H₂O这两种功能，铜是对H₂O解离吸附和CO氧化同时具有高活性的金属，而且除了Cu以外几乎没有物质能够同时完成这两个过程，因此研究者始终不遗余力地致力于以Cu为活性组分的新型水煤气变换催化剂的开发。另外，与贵金属饰基催化剂相比，铜的价格较为低廉，因此近几年来，Cu/CeO₂水煤气变换催化剂的研究一直是热点。

本发明为进一步提升Cu/CeO₂催化剂的活性与稳定性，通过20vol%CO₂+2vol%H₂+78vol%He处理并改变处理温度，增强载体催化剂的金属-载体间的强相互作用（SMSI），以强化催化剂在低温水煤气变换反应中催化活性与稳定性。

发明内容

本发明提供了一种用于低温水煤气变换反应的铈基催化剂及其制备方法。

所述用于低温水煤气变换反应的铈基催化剂，经过特殊气氛处理，催化剂的主要成分包括CeO₂载体和负载在该载体上的Cu。

所述经过特殊气氛处理后的铈基催化剂，在液氮温度为-196℃下利用氮气吸附/脱附测试比表面积为39-49 m²/g，是未经吸附剂处理催化剂的2倍。

其中特殊气氛指的是使得催化剂表面附有HCO₂^-和HCO₃^-这两种离子的混合气氛。

其中特殊气氛具体为20vol%CO₂、2vol%H₂以及78vol%He的混合气体。

所述催化剂含有相对于催化剂总重量 10-30 %的Cu，优选16-24 %。

所述催化剂的制备方法包括以下步骤：将铈基前驱体与Cu(NO₃)₂·3H₂O以及沉淀剂尿素共同于120℃下水热反应24h后，按1>2气氛中于350-400>2+2vol%H₂+78vol%He气氛中于250-400>2+90vol%Ar处理3-5小时得到催化剂。

所述催化剂的焙烧温度为400-500 ℃，优选400-450 ℃，焙烧时间为3-5小时，优选3小时。

所述催化剂的还原温度为300-400 ℃，优选350-400 ℃，还原时间为1-3小时，优选3小时。

所述催化剂的特殊气氛处理温度为250-400 ℃，优选350-400℃，处理时间为2-4小时，优选4小时。

本发明所得铈基催化剂均可用于催化低温水煤气变换反应。

本发明的显著优点在于：

本发明通过20vol%CO₂+2vol%H₂+78vol%He处理以及处理温度的选择，制备得到了Cu/CeO₂-SMSI-250>2-SMSI-400>2-SMSI-400>2催化剂的CO转化率仅为46%。

本发明提供的催化剂的净化效果优于传统的Cu/CeO₂水煤气变换反应催化剂，且其制备工艺简单，操作方便，成本低，CO转化率高，具有明显的工业应用价值。

本发明铈基催化剂用于低温水煤气变换反应，可以以颗粒形式，也可以作为涂层负载于堇青石等蜂窝状载体上，制备成整体式多孔式催化剂。

附图说明

图1为实施例1-3所得铈基催化剂在不同温度点的CO转化率。

图2为实施例1和实施例3所得催化剂在400℃下的稳定性。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1 Cu/CeO₂-SMSI-250>

称取1.7369g Ce(NO₃)₃·6H₂O（分子量434.22）、0.6547g>3）₂·3H₂O（分子量241.6016）以及42g尿素，将其加入到120>2气氛中于400>2+2vol%H₂+78vol%He气氛中于250>2+90vol%Ar处理4小时。

实施例2 Cu/CeO₂-SMSI-400>

称取1.7369g Ce(NO₃)₃·6H₂O（分子量434.22）、0.6547g>3）₂·3H₂O（分子量241.6016）以及42g尿素，将其加入到120>2气氛中于400>2+2vol%H₂+78vol%He气氛中于400>2+90vol%Ar处理4小时。

实施例3 Cu/CeO₂的制备

称取1.7369g Ce(NO₃)₃·6H₂O（分子量434.22）、0.6547g>3）₂·3H₂O（分子量241.6016）以及42g尿素，将其加入到120>2气氛中于400>

实施例4 催化剂性能评价

分别采用实施例1-3的催化剂各0.5 g，质量空速6000 mL/(g·h)，在CO低温变换催化剂活性测试装置(CO-CMAT9001)上进行CO转化率测定，尾气中CO浓度变化通过气相色谱测定，反应气体组成为：15vol%CO、7 vol%CO₂、55>2及N₂为平衡气。在150-400>

从图1可以看出，Cu/CeO₂-SMSI-400>2+2vol%H₂+78vol%He处理的Cu/CeO₂催化剂在400>

从图2可以看出，Cu/CeO₂-SMSI-400>2+2vol%H₂+78vol%He处理的Cu/CeO₂催化剂在400>

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。