一种催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括，活性组分、载体和助剂；所述活性组分为镍、钌中的一种或两种，所述载体为钛酸钾，所述助剂为稀土氧化物，该催化剂采用钛酸钾作为载体，钾离子高度分散于二氧化钛的结构中，有利于大幅提高其作为助催化剂的性能，同时钛酸钾的比表面积较大，有利于活性组分的分散，从而使该催化剂具有较高的低温催化活性和较好的氨分解催化效果。

A catalyst and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及氨分解
，具体涉及一种催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
氨分解催化剂主要应用于环境保护领域以及氢气和氮气的制备领域。在环境保护领域，通过将工厂的含氨废气在氨分解催化剂作用下进行分解，使其中的氨气分解为无毒的氢气和氮气后加以回收利用以达到减轻污染的目的。而在制氢领域，氨由于具有易于液化、不可燃、在低浓度下无毒害、储氢密度高、生产储运技术成熟，制氢过程中无碳排放等优点，使其成为一种高效、清洁和安全的储氢载体，可在氨分解催化剂的作用下用于氢的制备。氨分解反应主要采用以钌、铂为代表的贵金属催化剂和以铁、镍为代表的非贵金属催化剂。中国专利文献CN1506299A公开了一种镍基氨分解制氢氮混合气催化剂，其主要活性成分为Ni；载体为SiO2或Al2O3；助剂为ⅠA、ⅡA、ⅢB、Ⅷ或稀土元素中的一种或几种；其中镍重量百分含量为1-40％。采用该催化剂可以进行氨气的分解，但其采用SiO2或Al2O3作为载体负载镍，然后再引入助剂改善其催化性能，其助剂在载体表面不能达到高度分散，易形成较大的颗粒，从而影响其作用的发挥，因此，虽然其可在较低温度650℃下进行氨分解，较现有的工业催化剂工作温度800℃有所降低，但其在该较低温度下催化活性低，氨分解效果欠佳。中国专利文献CN1506300A公开了一种钌基氨分解制氢氮混合气催化剂，其主要活性成分为钌；载体为CaO、MgO、TiO2、SiO2、Al2O3或活性炭；助剂为ⅠA、ⅡA、ⅢA、IVA、ⅢB或稀土元素中的一种或几种；其中钌重量百分含量为0.1-10％。使用该催化剂，与镍基催化剂相比，氨分解温度有所降低，可在550℃下进行反应，但其采用CaO、MgO、TiO2、SiO2、Al2O3或活性炭等载体，同样存在其助剂在载体表面不能达到高度分散，易形成较大颗粒的问题，从而影响其作用的发挥，使其在该较低温度下催化活性低，氨分解效果欠佳。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中氨分解催化剂的的低温催化活性低，氨分解的效果欠佳的缺陷，从而提供一种低温催化活性高，氨分解效果好的催化剂及其制备方法和应用。为此,本专利技术提供了一种催化剂，包括，活性组分、载体和助剂；所述活性组分为镍、钌中的一种或两种，所述载体为钛酸钾，所述助剂为稀土氧化物。所述的催化剂，所述活性组分为镍，以质量百分比计，镍占催化剂的8-24％，助剂占催化剂的5-12％；所述活性组分为钌，以质量百分比计，钌占催化剂的0.5-12％，助剂占催化剂的3-12％；所述活性组分为镍、钌双金属，以质量百分比计，镍占催化剂的5-15％，钌占催化剂的0.2-3％，助剂占催化剂的2-10％。所述的催化剂，所述钛酸钾由P25型二氧化钛分散于氢氧化钾水溶液，依次经水热反应和焙烧制备得到。所述的催化剂，所述稀土氧化物为氧化铈、氧化镧、氧化镨、氧化钕中的一种或几种。本专利技术提供了一种所述的催化剂的制备方法，包括，S1、将P25型二氧化钛分散于氢氧化钾水溶液中，得到悬浊液；S2、将所述悬浊液进行水热反应，将水热反应产物焙烧，得到钛酸钾载体；S3、将活性组分金属盐与助剂金属盐溶解于水中，得到金属盐混合溶液；S4、利用所述金属盐混合溶液及钛酸钾载体，采用沉淀沉积法或浸渍法将所述金属盐混合溶液中的活性组分和助剂负载于所述钛酸钾载体上，得到所述催化剂。所述的催化剂的制备方法，S1步骤中，所述氢氧化钾水溶液的浓度为5－10mol/L，所述氢氧化钾与二氧化钛物质的量的比为5-20；S2步骤中，所述水热反应的温度为120-190℃，水热反应的时间为12-36h；所述焙烧的温度为500-800℃，焙烧的时间为3-12h。所述的催化剂的制备方法，S3步骤中，所述活性组分金属盐包括硝酸镍、氯化镍、醋酸镍、硝酸钌或氯化钌中的一种或几种；所述助剂金属盐包括助剂金属的硝酸盐、醋酸盐或氯化物中的一种或几种。所述的催化剂的制备方法，所述的沉淀沉积法，具体包括，S10、将所述钛酸钾载体分散于水中，加热至50-80℃，得到底液；S20、将所述金属盐混合溶液与沉淀剂同时加入所述底液中，控制pH值为8.0-10.5，搅拌2-6h，得到沉淀；S30、将所述沉淀洗涤、干燥、在450-750℃温度下焙烧2-6h，经氢气还原，得到所述催化剂；其中，所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或几种的水溶液。所述的催化剂的制备方法，S10步骤中，所述的钛酸钾载体分散采用超声分散。所述的催化剂的制备方法，所述的浸渍法，具体包括，S100、将所述钛酸钾载体加入所述金属盐混合溶液中进行浸渍，烘干，得到负载金属的催化剂前驱体；S200、将所述负载金属的催化剂前驱体在450-900℃温度下焙烧2-6h，经氢气还原，得到所述催化剂。所述的催化剂的制备方法，S100步骤中，所述浸渍和烘干进行2次以上，直至镍或钌含量达到目标负载量。本专利技术提供了所述的催化剂，或所述的制备方法制备得到的催化剂在氨分解中的应用。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的一种催化剂，包括，活性组分、载体和助剂；所述活性组分为镍、钌中的一种或两种，所述载体为钛酸钾，所述助剂为稀土氧化物，该催化剂采用镍、钌中的一种或两种作为活性组分，可以促进NH3的吸附解离，促进产物N2的脱附，同时抑制H2的吸附；此外，该催化剂中的助剂可以提高活性组分的分散度，增强载体与活性组分间的相互作用；该催化剂采用钛酸钾作为载体，由于钾是一类电子助剂，可以改善活性组分的电子结构，调节催化剂中活性组分与载体之间的电子传递能力，减弱活性组分与氨分解产物NH2、N或H之间的相互作用，增强生成物N2和H2的脱除能力，从而提高催化剂的活性，其分散程度决定了其作用的大小，本专利技术采用的钛酸钾载体中，钾离子高度分散于二氧化钛的结构中，有利于大幅提高其作为助催化剂的性能，同时钛酸钾的比表面积较大，有利于活性组分的分散，从而使该催化剂具有较高的低温催化活性和较好的氨分解催化效果。2.本专利技术提供的一种催化剂，所述活性组分为镍，以质量百分比计，镍占催化剂的8-24％，助剂占催化剂的5-12％；所述活性组分为钌，以质量百分比计，钌占催化剂的0.5-12％，助剂占催化剂的3-12％；所述活性组分为镍、钌双金属，以质量百分比计，镍占催化剂的5-15％，钌占催化剂的0.2-3％，助剂占催化剂的2-10％，通过限定活性组分及助剂的含量，可以增强活性组分与载体的相互作用，有效减弱活性组分与NH3的分解产物NH2、N或H之间的相互作用，有利于生成物N2和H2的脱附，提高催化剂的低温催化活性，提升氨分解效果。3.本专利技术提供的一种催化剂，所述钛酸钾由P25型二氧化钛分散于氢氧化钾水溶液，依次经水热反应和焙烧制备得到，通过采用P25型二氧化钛，由于其中同时含有金红石和锐钛矿两种物相，存在大量的相界面，以其为原料制备的钛酸钾具有更多的相界面缺陷，从而有利于低温催化活性和氨分解效果的提高。4.本专利技术提供的一种催化剂，所述稀土氧化物为氧化铈、氧化镧、氧化镨、氧化钕中的一种或几种，通过采用以上稀土氧化物作为助剂，可以提高活性组分的分散度，进一步增强载体与活性组分间的相互作用，提高低温催化活性和氨分解效果。5.本专利技术提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化剂，其特征在于，包括，活性组分、载体和助剂；所述活性组分为镍、钌中的一种或两种，所述载体为钛酸钾，所述助剂为稀土氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于，包括，活性组分、载体和助剂；所述活性组分为镍、钌中的一种或两种，所述载体为钛酸钾，所述助剂为稀土氧化物。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述活性组分为镍，以质量百分比计，镍占催化剂的8-24％，助剂占催化剂的5-12％；所述活性组分为钌，以质量百分比计，钌占催化剂的0.5-12％，助剂占催化剂的3-12％；所述活性组分为镍、钌双金属，以质量百分比计，镍占催化剂的5-15％，钌占催化剂的0.2-3％，助剂占催化剂的2-10％。3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，所述钛酸钾由P25型二氧化钛分散于氢氧化钾水溶液，依次经水热反应和焙烧制备得到。4.根据权利要求1-3任一项所述的催化剂，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化铈、氧化镧、氧化镨、氧化钕中的一种或几种。5.一种权利要求1-4任一项所述的催化剂的制备方法，其特征在于，包括，S1、将P25型二氧化钛分散于氢氧化钾水溶液中，得到悬浊液；S2、将所述悬浊液进行水热反应，将水热反应产物焙烧，得到钛酸钾载体；S3、将活性组分金属盐与助剂金属盐溶解于水中，得到金属盐混合溶液；S4、利用所述金属盐混合溶液及钛酸钾载体，采用沉淀沉积法或浸渍法将所述金属盐混合溶液中的活性组分和助剂负载于所述钛酸钾载体上，得到所述催化剂。6.根据权利要求5所述的催化剂的制备方法，其特征在于，S1步骤中，所述氢氧化钾水溶液的浓度为5－10mol/L，所述氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：江莉龙，倪军，陈崇启，罗宇，
申请(专利权)人：福州大学，北京三聚环保新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35