铈镧固溶体负载铱催化剂、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提出新型的铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，该催化剂采用微孔铈镧固溶体为载体，采用铱为活性组分，涂覆在堇青石蜂窝陶瓷上。微孔结构能够增强催化剂对乙醇的吸附作用，镧掺杂形成铈镧固溶体使氧化铈晶格膨胀，增强了载体与金属间的相互作用，提高了催化剂的氧化还原性能，同时使Ir在催化剂表面高度分散，降低了催化剂的成本。本催化剂350℃能够使乙醇转化率达到99％以上，能够适用于加氢站内原位制氢和车载在线制氢。原位制氢和车载在线制氢。原位制氢和车载在线制氢。

【技术实现步骤摘要】
铈镧固溶体负载铱催化剂、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及氢气制备
，具体涉及一种微孔铈镧固溶体负载铱催化剂。

技术介绍

[0002]氢气通常被认为是一种理想的能量载体，乙醇氧化重整制氢反应(OSRE，C2H5OH+(3
‑
2x)H2O+xO2→
2CO2+(6
‑
2x)H2)能够自热进行，其中H2O和O2的同时存在极大的抑制了催化剂表面积碳的形成，是较有前途的乙醇制氢工艺。乙醇的能量密度高、挥发性小、毒性低，可用于加氢站内原位制氢和车载在线制氢，且乙醇可由生物质转化而来，相比于其他可再生、CO2中性的制氢技术，生物乙醇重整具有一定的价格优势。
[0003]已有的研究表明，铈镧固溶体负载铱催化剂具有良好的乙醇制氢活性。由于成本和空间的限制，乙醇氧化重整制氢反应通常需要采用较高的空速[气体流速/催化剂体积(s
‑1)]。高空速下，反应物和催化剂的接触时间较短。增强催化剂的吸附性能，能够增加反应物与催化剂的局部接触时间，更有利于催化氧化反应进行完全，提高乙醇转化率和氢气产率，抑制CO等副产物的产生。进一步研究表明，采用微孔铈镧固溶体为载体，能够增强催化剂对反应物的吸附能力，使其在高空速下也能保持较高的转化效率，并且能够增强金属
‑
载体间的相互作用，提高贵金属的分散度，有利于催化剂获得良好的乙醇重整制氢活性。
[0004]然而，铈镧固溶体负载铱这种粉体催化剂不能直接应用于制氢反应器，需要涂覆于氧化铝微球和堇青石蜂窝陶瓷等结构型担体。相比于氧化铝微球，堇青石蜂窝陶瓷能够起到微通道反应器的作用，提高乙醇氧化重整制氢的微观反应效率，使堇青石蜂窝陶瓷担载的铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，能够在高空速下保持较高的制氢效率。堇青石蜂窝陶瓷的使用，能够进一步均衡催化剂的酸碱性。
[0005]目前的乙醇氧化重整制氢催化剂大多采用贵金属铑为活性组分，近年来铑的价格飙涨了几十倍，迫使人们寻找更为廉价的活性组分。铈镧固溶体负载铱催化剂的制氢效率与铑基催化剂接近，且价格便宜。并且微孔铈镧固溶体载体的采用，使该催化剂的制氢效率和抗积碳能力明显高于其他铱基催化剂。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种新型的铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，该催化剂采用微孔铈镧固溶体为载体，采用铱为活性组分，涂覆在堇青石蜂窝陶瓷上。微孔结构能够增强催化剂对乙醇的吸附作用，镧掺杂形成铈镧固溶体使氧化铈晶格膨胀，增强了载体与金属间的相互作用，提高了催化剂的氧化还原性能，同时使Ir在催化剂表面高度分散，降低了催化剂的成本。本催化剂350℃能够使乙醇转化率达到99％以上，能够适用于加氢站内原位制氢和车载在线制氢。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，所述催化剂至少含有Ce、La、Ir三种金属元素，采用Ir为活性组分，所述催化剂整体结构为微通道型，铈镧固溶体(Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
)为载体，La：(Ce+La)摩尔比x的范围为0.2
‑
0.5，δ理论值为0
‑
0.5，代表的是氧空穴。
[0008]所述铈镧固溶体负载铱整体型催化剂涂覆于堇青石蜂窝陶瓷上。
[0009]所述铈镧固溶体(Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
)呈氧化铈萤石立方结构，晶格常数a的范围是0.544～0.555。
[0010]所述Ir的负载量为所述铈镧固溶体(Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
)的1.5～4wt.％。
[0011]所述铈镧固溶体材料为微孔材料，最可几孔径小于2nm。
[0012]本专利技术所述微孔铈镧固溶体采用超声波辅助均匀共沉淀法制备。
[0013]本专利技术同时也提供了一种乙醇氧化重整制氢的方法，乙醇水溶液汽化后，与空气混合，通入填装所述催化剂的制氢反应器，300～500℃的操作温度下，制备富氢气体。
[0014]本专利技术还提供上述催化剂的制备方法，包括：
[0015]第一步采用上述方法制备微孔铈镧固溶体载体；
[0016]第二步，量取适量的氯铱酸溶液，加入第一步制备的载体粉末，搅拌后，在超声反应器中超声，旋转干燥，烘箱中过夜干燥，焙烧，制得铈镧固溶体负载铱催化剂。
[0017]本专利技术的有益效果
[0018]本专利技术提供的新型的铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，该催化剂采用微孔铈镧固溶体为载体，采用铱为活性组分，涂覆在堇青石蜂窝陶瓷上。微孔结构能够增强催化剂对乙醇的吸附作用，镧掺杂形成铈镧固溶体使氧化铈晶格膨胀，增强了载体与金属间的相互作用，提高了催化剂的氧化还原性能，同时使Ir在催化剂表面高度分散，降低了催化剂的成本。本催化剂350℃能够使乙醇转化率达到99％以上，能够适用于加氢站内原位制氢和车载在线制氢。
附图说明
[0019]图1本专利技术提供的铈镧固溶体负载铱整体型催化剂和铈镧固溶体载体的BJH孔径分布图。
具体实施方式
[0020]本专利技术提供一种铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，所述催化剂至少含有Ce、La、Ir三种金属元素，采用Ir为活性组分，所述催化剂整体结构为微通道型，铈镧固溶体(Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
)为载体，La：(Ce+La)摩尔比x的范围为0.2
‑
0.5涂覆于堇青石蜂窝陶瓷上，δ理论值为0
‑
0.5，代表的是氧空穴。。
[0021]不同的制备方法和表征方法最后呈现的Ce：La会与理论的优选值可能有一定的差别。
[0022]所述铈镧固溶体(Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
)呈氧化铈萤石立方结构，晶格常数a的范围是0.544～0.555，相较于氧化铈产生了晶格膨胀。
[0023]所述Ir的负载量为所述铈镧固溶体(Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
)的1.5～4wt.％。贵金属的负载量过高，会影响催化剂的活性。提高贵金属催化剂性能的一个核心方法就是提高贵金属在载体表面的分散度，所述铈镧固溶体(Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
)有较好的贵金属分散能力。
[0024]本专利技术所述铈镧固溶体
‑
是一种包含大量微孔的材料，其最可几孔径小于2nm，而不是平均孔径小于2nm，也不是要求所有孔径都小于2nm。该微孔材料中，微孔是和介孔共存
的，因此平均孔径可能在介孔范围。值得指出的是，催化剂负载Ir后，催化剂还应保有微孔结构，而不是负载之后微孔就被阻塞了。本专利技术提供了一种简单的判断方法，即，采用比表面积分析仪，测定催化剂的N2吸附
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，其特征在于：所述催化剂至少含有Ce、La、Ir三种金属元素，采用Ir为活性组分，所述催化剂整体结构为微通道型，铈镧固溶体(Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
)为载体，x值范围为0.2
‑
0.5，。2.如权利要求1所述铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，其特征在于：δ值为0
‑
0.5。3.如权利要求1或2所述铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，其特征在于：所述铈镧固溶体负载铱整体型催化剂涂覆于堇青石蜂窝陶瓷上。4.如权利要求1或2所述铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，其特征在于：所述铈镧固溶体(Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
)呈氧化铈萤石立方结构，晶格常数a的范围是0.544～0.555。5.如权利要求1或2所述铈镧固溶体负载铱整体型催化剂，其特征在于：所述Ir的负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝红蕊，韩雪，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：