用于氨分解的混合金属氧化物催化剂制造技术

描述了用于氨分解催化剂的系统和方法。系统和方法可以包括提供第一溶液，其中，第一溶液包含钴、镍、铁和其组合的第一金属可溶盐；镁、钙、锶、钡和其组合的第二金属可溶盐；镧系元素和其组合的第三金属可溶盐；以及铝、过渡金属、碱金属和其组合的第四金属可溶盐。可以在约6.0和约11.0之间的pH下由第一溶液共沉淀第一金属氧化物、第二金属氧化物、第三金属氧化物和第四金属氧化物，以形成类水滑石结构的材料。可以老化和干燥共沉淀的材料。可以分解老化的、干燥的、共沉淀的材料以形成最终的催化剂产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于氨分解催化剂的系统和方法，以及更具体地涉及混合金属氧化物催化剂和生产混合金属氧化物催化剂的方法。
技术介绍
燃料电池作为最有希望的洁净能源中的一种由于高效率和低环境污染正在出现。燃料电池已被广泛用于包括机动车、电子设备、军事、航空航天等的许多领域。商业燃料电池应用的广泛传播采用的一些主要障碍包括洁净的氢生产、氢存储、氢的运输和成本。由具有高氢密度的液体来源生成车载氢(onboardhydrogen)将是克服这些障碍中的一种或多种的令人期望的方法。然而，目前的技术没有提供由具有高氢密度的液体来源生成的合适的车载氢。作为氢载体的液体氨具有高能量密度(约3000Wh/kg)和高氢存储容量(约17.7wt％)两个优势，这使得氨适用于通过催化氨分解(AD)就地生产不含COx的氢。在工作温度下得到氨的高度转化对于未来的实际应用是一个显著的挑战。因此，高度有效和稳定的氨催化剂的设计和合成具有很大意义。为了商品化氢动力车辆，必须开发在中等条件下工作的重力和体积上大的、高压的氢储槽。然而，高压容器成本高、笨重且不安全。氨可以在1MPa或更低的压力下液化。通过分解车辆上的车载氨可以生成氢。因此，开发改善的氨分解催化剂对于创造低温下车载氢生成的可行解决方案是重要的。用于通过氨分解生产氢的技术是众所周知的。然而，由于不良的催化剂性能，这些技术在燃料电池操作条件下通常是商业上不可行的。氨分解为氢是吸热过程。因而，高度转化要求反应物的高反应温度和低局部压力。氨分解在金属催化剂的存在下进行。现有的系统集中在Ru类载体催化剂上。也已经证明第VIII族金属(Ni、Ir、Fe、Co和Rh)以及金属碳化物和金属氮化物催化氨分解过程。氨分解在Ru、Co、Ni和Fe金属载体催化剂上高速进行。载体催化剂中金属活性位点的总数主要取决于金属分散度，其直接影响催化剂性能。金属分散度与适当的金属-载体相互相用是用于氨分解的活性催化剂的设计中的关键参数。采用包括SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2的氧化物载体或如中孔碳或碳纳米管的新型碳材料作为催化剂载体。需要用于氨至氢的转化的改善的催化剂性能的改善的系统和方法以及制造催化剂的方法。
技术实现思路
实施方式通过提供用于混合金属氧化物催化剂(用于氨分解)的系统和方法解决了该问题和/或克服了现有技术中的许多缺点和劣势。实施方式可以包括用于混合金属氧化物催化剂(用于氨分解)的系统和方法。该系统和方法可以包括提供第一溶液，其中，第一溶液可以包含钴、镍、铁和其组合的一种或多种第一金属可溶盐；镁、钙、锶、钡和其组合的一种或多种第二金属可溶盐；镧系元素和其组合的一种或多种第三金属可溶盐；铝、过渡金属、碱金属和其组合的一种或多种第四金属可溶盐。可以在约6.0和约11.0之间的pH下由第一溶液共沉淀一种或多种第一金属氧化物、一种或多种第二金属氧化物、一种或多种第三金属氧化物和一种或多种第四金属氧化物，以形成类水滑石结构的材料(hydrotalcite-likestructuredmaterial)。可以老化共沉淀的材料。可以过滤和干燥共沉淀的材料。可以分解干燥的、共沉淀的材料以形成最终的催化剂产物。本专利技术的辅助特征、优势和实施方式由以下详细描述、附图和权利要求的考虑阐述或显而易见。此外，应理解，本专利技术的上述总结以及以下详细描述两者都是示例性的并且旨在提供进一步的解释，而不限制本专利技术所要求保护的范围。附图说明包括附图以提供本专利技术的进一步理解并且将其合并且构成本说明书的一部分，示出本专利技术的优选实施方式，并与详细描述一起用于解释本专利技术的原理。图中：图1示出了氨分解中含钴的混合金属氧化物催化剂的催化性能的图。图2示出了La支撑的含钴的混合金属氧化物的H2-TPR曲线的图。图3-7示出了CoMgLa催化剂的X射线光电子光谱法(XPS)Co2p光谱，其示出了催化剂表面中存在最终的催化剂组合物中的所有金属组分。具体实施方式针对在氨分解中使用的催化剂、特别地混合金属氧化物催化剂的整体过程描述了系统和方法。本文中所描述的过程仅仅是示例性的过程并且用于说明的目的。如需要可以使用步骤和组分的其他变体和组合。本文所描述的某些实施方式涉及催化剂产物。该催化剂产物可以是用于氨分解的含钴的混合金属氧化物催化剂。该催化剂可以包含：(1)钴(Co)、镍(Ni)、或铁(Fe)或其组合的一种或多种氧化物；(2)镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)或其组合的一种或多种氧化物；(3)镧系元素(lanthanide)的一种或多种氧化物或至少两种不同镧系元素的氧化物的组合；和(4)铝、过渡金属、碱金属和其组合的一种或多种氧化物。通过分解催化剂的类水滑石结构的中间体形式可以生产催化剂。本文所描述的某些实施方式还包括制备用于氨分解的混合金属氧化物催化剂的方法。在某些实施方式中，制备方法可以包括共沉淀可以产生类水滑石结构的材料的多种金属氧化物。共沉淀之后，可以过滤和/或干燥制备的类水滑石结构的材料。干燥的材料可以经受煅烧阶段以将类水滑石结构的材料分解为混合金属氧化物相。催化剂组合物本文所描述的某些实施方式可以涉及催化剂产物。该催化剂产物可以是用于氨分解的含钴的混合金属氧化物催化剂。在某些实施方式中，催化剂可以包含：(1)钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)和其组合的一种或多种氧化物；(2)镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、和其组合的一种或多种氧化物；(3)镧系金属和其组合的一种或多种氧化物；(4)铝、过渡金属氧化物、碱金属氧化物、和其组合中的一种或多种氧化物。第一金属氧化物可以优选地包含钴氧化物如Co3O4。其他的钴氧化物可以是可能的并可以用在组合中。在可替换的实施方式，也可以使用镍氧化物或铁氧化物，如NiO、Ni2O3、FeO、Fe3O4、Fe4O5和Fe2O3。在某些实施方式中，第一金属氧化物可以是钴氧化物、镍氧化物和/或铁氧化物中的一种或多种的混合物。在某些实施方式中，最终的催化剂产物中的第一金属氧化物的含量可以小于最终的催化剂产物的约30重量百分数。在某些实施方式中，最终的催化剂产物中的第一金属氧化物的含量可以小于最终的催化剂产物的约40重量百分数。第二金属氧化物可以优选地是镁氧化物，如MgO。其他碱土金属氧化物可以是可能的，如钙氧化物、锶氧化物和钡氧化物。在某些实施方式中，第二金属氧化物可以是碱土金属氧化物中的一种或多种混合物的混合物。在某些实施方式中，最终的催化剂产物中的第二金属氧化物的含量可以在约0.001重量百分数和约50重量百分数之间。在某些实施方式中，最终的催化剂产物中的第二金属氧化物的含量可以在约0.001重量百分数和约30重量百分数之间。第三金属氧化物可以优选地是镧系元素氧化物。本文所使用的“镧系元素”包括镧至镱(Yb)系列中的元素。优选的镧系氧化物包括La2O3、CeO2和Pr2O3。在某些实施方式中，可以使用镧氧化物。也可以使用不同镧系金属氧化物的组合。在某些实施方式中，最终的催化剂产物中的第三金属氧化物的含量可以在最终的催化剂产物的约0.001重量百分数至约30重量百分数之间。在某些实施方式中，最终的催化剂产物中的第三金属氧化物的含量可以在最终的催化剂产物的约0.001重量百分数至约1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备用于氨分解的催化剂的方法，所述方法包括：提供包含以下的第一溶液：第一金属可溶盐，所述第一金属可溶盐选自钴可溶盐、镍可溶盐、铁可溶盐以及它们的组合；第二金属可溶盐，所述第二金属可溶盐选自镁可溶盐、钙可溶盐、锶可溶盐、钡可溶盐以及它们的组合；第三金属可溶盐，所述第三金属可溶盐选自镧系元素可溶盐以及它们的组合；以及可选地，第四金属可溶盐，所述第四金属可溶盐选自铝可溶盐、过渡金属可溶盐、碱金属可溶盐以及它们的组合；在约6.0和约11.0之间的pH下从所述第一溶液共沉淀第一金属氧化物、第二金属氧化物、第三金属氧化物以及可选的第四金属氧化物，以形成类水滑石结构的材料；以及将所述类水滑石结构的材料分解以形成所述催化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.22 US 62/001,9921.一种用于制备用于氨分解的催化剂的方法，所述方法包括：提供包含以下的第一溶液：第一金属可溶盐，所述第一金属可溶盐选自钴可溶盐、镍可溶盐、铁可溶盐以及它们的组合；第二金属可溶盐，所述第二金属可溶盐选自镁可溶盐、钙可溶盐、锶可溶盐、钡可溶盐以及它们的组合；第三金属可溶盐，所述第三金属可溶盐选自镧系元素可溶盐以及它们的组合；以及可选地，第四金属可溶盐，所述第四金属可溶盐选自铝可溶盐、过渡金属可溶盐、碱金属可溶盐以及它们的组合；在约6.0和约11.0之间的pH下从所述第一溶液共沉淀第一金属氧化物、第二金属氧化物、第三金属氧化物以及可选的第四金属氧化物，以形成类水滑石结构的材料；以及将所述类水滑石结构的材料分解以形成所述催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其中，存在所述第四金属可溶盐和所述第四金属氧化物。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述第一金属氧化物包含钴氧化物，优选地其中，所述类水滑石结构的材料中的钴含量在约0.001重量百分数和约30重量百分数之间。4.根据权利要求1至3中任一项或多项所述的方法，其中，所述类水滑石结构的材料中的镁含量在约0.001重量百分数和约50重量百分数之间。5.根据权利要求1至4中任一项或多项所述的方法，其中，所述第三金属氧化物包含镧氧化物，优选地其中，所述类水滑石结构的材料中的所述镧氧化物的含量在约0.001重量百分数和约30重量百分数之间。6.根据权利要求1至5中任一项或多项所述的方法，其中，存在所述第四金属氧化物，优选地其中，所述第四金属氧化物包含铝氧化物，优选地其中，所述类水滑石结构的材料中的所述铝氧化物的含量在约0.001重量百分数和约30重量百分数之间。7.根据权利要求1至6中任一项或多项所述的方法，进一步包括将所述第一溶液添加至第二溶液，所述第二溶液是在约6.0和约11.0之间的pH下的水溶液。8.根据权利要求1至7中任一项或多项所述的方法，进一步包括将共沉淀的所述材料老化。9.根据权利要求1至8中任一项或多项所述的方法，其中，老化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，拉切扎·安格洛夫·彼得罗夫，叶海亚·阿布巴科尔·艾尔哈米德，阿卜杜勒拉希姆·阿梅德·艾尔查拉尼，穆罕默德·阿卜杜勒拉赫曼·达乌斯，穆罕默德·H·艾尔哈兹米，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL