整体式催化剂及其制备方法和应用以及使用其的甲醇水蒸气重整制氢方法技术

本发明专利技术提供了一种整体式催化剂及其制备方法和应用以及使用其的甲醇水蒸气重整制氢方法，涉及催化剂制备技术领域。所述整体式涂层催化剂包括多孔材料基体，所述多孔材料基体上负载有催化涂层，所述催化涂层上负载有活性金属；所述催化涂层包括Al氧化物、Ce氧化物、Zr氧化物和LaCrO

Monolithic catalyst and its preparation method and application as well as methanol steam reforming method for hydrogen production

【技术实现步骤摘要】
整体式催化剂及其制备方法和应用以及使用其的甲醇水蒸气重整制氢方法
本专利技术涉及催化剂制备
，尤其是涉及一种整体式催化剂及其制备方法和应用以及使用其的甲醇水蒸气重整制氢方法。
技术介绍
能源是人类赖以生存和发展不可或缺的因素，氢气作为一种重要的能源载体，其燃烧产物只有水，不会对环境造成任何污染，故被看作是最清洁的能源。由于氢气的洁净，将其作为燃料电池的负极燃料是最好的选择。然而，由于氢气特殊的理化性质，氢气的生产具有很高的成本，因此开发一种低成本的制氢方法是发展氢能的关键。利用化工原料与水蒸气进行重整制氢由于制得的氢气具有相对较高的氢气百分含量，这也节约了后续净化重整气的成本，近年来已成为研究的热点。但以化工原料，例如甲醇为原料制备氢气的其产物中始终含有一定量的CO，而CO是能引起燃料电池质子膜中毒的物质，因此，如何降低重整气中CO的含量是能否利用甲醇制氢为燃料电池提供氢源的关键性因素。同时，现有的重整制氢催化剂均为颗粒式催化剂。颗粒式催化剂虽然有较高的转化率，但由于制氢过程中床层热量不易散发，容易引起催化剂的烧结积炭失活，并且颗粒式催化剂的床层压降是整体式催化剂的20倍，因此只适合在低空速下运行，这显然也增加了制氢的成本。因此，研究开发一种高转化率、高氢气产出、低一氧化碳产出，可在高空速下进行重整制氢的整体式催化剂，变得十分必要和迫切。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种整体式催化剂，该整体式催化剂应用于重整制氢反应中具有较高的原料转化率，催化得到的重整气具有较高的氢气含量，同时一氧化碳含量较低。本专利技术的第二目的在于提供一种整体式催化剂的制备方法，该制备方法制备工艺简单，操作便捷，适合大规模的工业化生产。本专利技术的第三目的在于提供一种整体式催化剂的应用，该整体式催化剂可以广泛应用于重整制氢反应中。本专利技术的第四目的在于提供一种甲醇水蒸气重整制氢的方法，所述甲醇水蒸气重整制氢的方法使用上述整体式催化剂进行催化，其具有甲醇转化率，催化得到的重整气中氢气含量较高，一氧化碳含量相对较低的优点。本专利技术提供的一种整体式催化剂，所述整体式催化剂包括多孔材料基体，所述多孔材料基体上负载有催化涂层，所述催化涂层上负载有活性金属；所述催化涂层包括Al氧化物、Ce氧化物、Zr氧化物和LaCrO3中的至少一种；所述活性金属包括Cu。进一步的，所述多孔材料基体为蜂窝陶瓷；优选的，所述蜂窝陶瓷包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷和硼化物陶瓷中的一种或多种的组合；更优选的，所述蜂窝陶瓷的比表面积为3000～10000M2/M3，所述蜂窝陶瓷的孔密度为200～2000孔/cm2。进一步的，所述催化涂层的质量为多孔材料基体质量的5～40wt％；优选的，所述催化涂层的质量为多孔材料基体质量的10～20wt％。进一步的，所述活性金属的含量以氧化物计为多孔材料基体质量的4～30wt％；优选的，所述活性金属的含量以氧化物计为多孔材料基体质量的5～15wt％。本专利技术提供的一种上述整体式催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：先将催化涂层负载于多孔材料上，再将活性金属的氧化物负载于催化涂层上，还原，得到整体式催化剂。进一步的，所述制备方法具体包括以下步骤：以Al盐、Ce盐和Zr盐中的至少一种盐为原料通过溶胶-凝胶法制备凝胶，然后将多孔材料基体浸入凝胶中，使得凝胶均匀负载于多孔材料基体上，烧结，得到催化涂层负载于多孔材料基体上的催化剂前驱体A；随后采用溶液浸渍法将活性金属的氧化物均匀负载于催化剂前驱体A中的催化涂层上，烧结，得到催化剂前驱体B，还原，得到整体式催化剂。优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：以La(NO3)2、Cr(NO3)2·9H2O和柠檬酸为原料通过溶胶-凝胶法制备凝胶，然后将多孔材料基体浸入凝胶中，使得凝胶均匀负载于多孔材料基体上，烧结，得到催化涂层负载于多孔材料基体上的催化剂前驱体A；随后采用溶液浸渍法将活性金属的氧化物均匀负载于催化剂前驱体A中的催化涂层上，烧结，得到催化剂前驱体B，还原，得到整体式催化剂。进一步的，所述还原的温度为250～350℃；优选的，所述还原在保护气体的气氛下进行，所述保护气体为H2-N2混合气体；更优选的，所述H2-N2混合气体中H2的含量为1～20wt％。进一步的，所述制备方法还包括先将多孔材料基体进行预处理后，再进行催化剂涂层负载的步骤；优选的，所述预处理的步骤为将多孔材料基体用盐酸处理后，清洗并干燥。本专利技术提供的一种上述整体式催化剂在重整制氢反应中的应用。本专利技术提供的一种甲醇水蒸气重整制氢的方法，所述甲醇水蒸气重整制氢的方法使用上述整体式催化剂进行催化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的整体式催化剂包括多孔材料基体，所述多孔材料基体上负载有催化涂层，所述催化涂层上负载有活性金属；所述催化涂层包括Al氧化物、Ce氧化物、Zr氧化物和LaCrO3中的至少一种；所述活性金属包括Cu。将该整体式催化剂应用于重整制氢反应中具有较高的原料转化率，催化得到的重整气中氢气含量较高，一氧化碳含量相对较低，由于其多孔材料基体所具有的特定孔结构，使得该整体式催化剂在重整制氢的过程中热量较易散发，催化剂不易烧结失活，进而适合在高空速(反应空速WHSV＝5.8h-1)下运行，有效缓解了现有重整制氢反应中原料转化率低、重整气中一氧化碳含量较高，以及现有颗粒式催化剂无法在高空速下运行的问题。本专利技术提供的整体式催化剂的制备方法，所述制备方法先将催化涂层负载于多孔材料基体上，再将铜的氧化物负载于催化涂层上，还原，得到整体式催化剂。该制备方法制备工艺简单，操作便捷，适合大规模的工业化生产。本专利技术提供的整体式催化剂的应用，该整体式催化剂可以广泛应用于重整制氢反应中。本专利技术提供的甲醇水蒸气重整制氢的方法，所述甲醇水蒸气重整制氢的方法使用上述整体式催化剂进行催化，其具有甲醇转化率，催化得到的重整气中氢气含量较高，一氧化碳含量相对较低的优点。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术的一个方面，一种整体式催化剂，所述整体式催化剂包括多孔材料基体，所述多孔材料基体上负载有催化涂层，所述催化涂层上负载有活性金属；所述催化涂层包括Al氧化物、Ce氧化物、Zr氧化物和LaCrO3中的至少一种；所述活性金属包括Cu。本专利技术提供的整体式催化剂包括多孔材料基体，所述多孔材料基体上负载有催化涂层，所述催化涂层上负载有活性金属；所述催化涂层包括Al氧化物、Ce氧化物、Zr氧化物和LaCrO3中的至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种整体式催化剂，其特征在于，所述整体式催化剂包括多孔材料基体，所述多孔材料基体上负载有催化涂层，所述催化涂层上负载有活性金属；/n所述催化涂层包括Al氧化物、Ce氧化物、Zr氧化物和LaCrO

【技术特征摘要】
1.一种整体式催化剂，其特征在于，所述整体式催化剂包括多孔材料基体，所述多孔材料基体上负载有催化涂层，所述催化涂层上负载有活性金属；
所述催化涂层包括Al氧化物、Ce氧化物、Zr氧化物和LaCrO3中的至少一种；
所述活性金属包括Cu。


2.根据权利要求1所述的整体式催化剂，其特征在于，所述多孔材料基体为蜂窝陶瓷；
优选的，所述蜂窝陶瓷包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷和硼化物陶瓷中的一种或多种的组合；
更优选的，所述蜂窝陶瓷的比表面积为3000～10000M2/M3，所述蜂窝陶瓷的孔密度为200～2000孔/cm2。


3.根据权利要求1所述的整体式催化剂，其特征在于，所述催化涂层的质量为多孔材料基体质量的5～40wt％；
优选的，所述催化涂层的质量为多孔材料基体质量的10～20wt％。


4.根据权利要求1所述的整体式催化剂，其特征在于，所述活性金属的含量以氧化物计为多孔材料基体质量的4～30wt％；
优选的，所述活性金属的含量以氧化物计为多孔材料基体质量的5～15wt％。


5.一种根据权利要求1～4任一项所述整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
先将催化涂层负载于多孔材料上，再将活性金属的氧化物负载于催化涂层上，还原，得到整体式催化剂。


6.根据权利要求5所述的整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
以Al盐、Ce盐和Zr盐中的至少一种盐为原料通过溶胶-凝胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，翁幼云，翁玉冰，
申请(专利权)人：张磊，翁幼云，翁玉冰，
类型：发明
国别省市：辽宁;21