本发明专利技术涉及在富氢气氛下选择性的氧化ＣＯ催化剂，具体地说是一种铱基双组分负载型催化剂及其制备和应用，由载体、活性金属和助剂构成，所述载体为氧化铝、二氧化硅或活性炭；所述活性金属为Ｉｒ，其于催化剂中的质量含量为０．１～１０％；所述助剂为Ｆｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ和／或Ｚｒ，其含量为Ｉｒ摩尔含量的１～２０倍。应用该方法制备的催化剂能够使在较低温度（６０～１２０℃）下富氢气氛中的一氧化碳高选择性地转化率为二氧化碳。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在富氢气氛下选择性的氧化CO催化剂，具体地说是一种 铱基双组分(IrM)负载型新型催化剂及其制备和应用。
技术介绍
由于能源和环境问题，燃料电池以其燃料多样性，排气干净，噪音低， 对环境污染小，可靠性及维修性能好等优点而引起了世界各国政府的关注 和科研人员的广泛研究与开发。其中'质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为 相对于传统的内燃机有高的能量转换效率以及零污染排放(ZEV:i的一种新 型能源转换装置受到了广泛的关注。而其中所用的燃料氢源主要采用甲醇、 天然气等碳氢化合物的水汽重整、部分氧化和热重整等技术获取，经过水 煤气变换反应后，CO含量仍达到P/。左右。由于CO会强吸附在燃料电池 的Pt电极上，使电池效率下降，因此如何消除氢源中的CO (小于50ppm) 避免其对电极催化剂的中毒对PEMFC的应用非常重要。选择性催化氧化反 应是在催化剂的作用下加入少量的氧气或空气于富氢气中，选择性催化氧 化CO。此法无疑是最简单、直接、廉价而有效的方法。选择氧化CO的催 化剂要满足如下条件在H2-PEMFC的最佳运转温度区间(60 120。C)内对 CO氧化具有高的催化性能、C02高的选择性，并且具有抗C02和H20性 能。对于选择性催化氧化祛除富氢气氛中的CO,实际上关键还是CO的氧 化，如何提高催化剂的CO的氧化能力和氧气与CO反应生成C02的选择 性是核心问题。目前，CO在富氢气氛下的选择氧化催化剂的活性组分主要以贵金属为 主，主要有Pt、 Pd、 Rh、 Ru等。其中贵金属的含量较高， 一般大于5wtM， 且有效祛除CO的温度范围较窄，在20(TC左右。如丰田汽车公司的申请专 利(专利申请号98809466.5)披露了以Ru活性组分添加Li、 Zn等为助 剂的催化剂，CO的初始含量为5000ppm， 02/CO为3，最佳温度为 140~200°C，但对于〉5000ppm时的氧化性能未作说明。另外还有部分专利， 如(USPatent 6,168,772和5,702,838)公开了以A、 Y型分子筛为载体，用 离子交换法将Pt负载在分子筛上，Pt的担载量为3~6%左右，反应空速 2000 8000h"。贵金属担载量高，制备方法复杂。关于Pt基双组分催化剂 也有相关专利报道，其中上海燃料电池汽车动力系统有限公司的申请专利 (申请公开号02136480.X)申明了以Pt为催化剂活性组分，其含量为 0.05 5%(重量)，更佳范围为0.2 2%(重量)，负载于Y-Al203上，同时以Li、 Na、 K、 Rb、 Cs、 Ca、 Mg或Cu为助催化剂，其添加量为0.01 20%(重量)， 载体为Y-Al203,该催化剂可在120 23(TC间有效工作。另外，中国科学院大连化学物理研究所的申请专利(申请专利号01138908.7)所述的是以Pt为主活性组分，Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn之一种或几种为助剂，以MD型分子 筛或Zr02、 Ti02的一种或两种为载体的多组元催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种转化率高、选择性好的可用于富氢气氛下 一氧化碳选择氧化负载型IrM双组分催化剂及其制备和应用。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种铱基双组分负载型催化剂，由载体、活性金属和助剂构成，所述 载体为氧化铝、二氧化硅或活性炭；所述活性金属为Ir，其于催化剂中的 质量含量为0.1~10%;所述助剂为Fe、 Sn、 Mn、 Co、 Ni、 Cr和/或Zr，其 含量为Ir摩尔含量的1~20倍(摩尔比例助剤M/If1/1 20/1)。所述Ir于催化剂中的质量含量最好为1~5%;助剂的含量最好为Ir摩 尔含量的2 10倍；所述活性炭最好为商品活性炭、中孔炭或石墨炭黑。所述催化剂可采用浸渍法制备，将活性金属和助剂的可溶性盐作为前 驱物采用分步或共同浸渍的方法负载于载体上，干燥焙烧得到所需催化剂， 干燥温度为80 120。C;具体浸渍顺序有三种 一是Fe等第二组分的前驱物浸渍到载体上，经 过干燥焙烧后，再将Ir前驱物浸渍到焙烧好的复合载体上，干燥焙烧得到 Ir/M/载体催化剂；二是与第一种顺序正好相反，先浸渍Ir前驱物干燥焙烧 后，再浸渍Fe等第二组分干燥焙烧得到M/Ir/载体催化剂；三是将两种组分 (活性金属和助剂)的前驱物混合均匀后浸溃到载体上得到Ir-M/载体催化 剂。活性组分Ir所用前驱体为氯铱酸、三氯化铱等，第二组分所用的前驱 体为相应金属的可溶性硝酸盐(Fe、 Co、 Ni、 Cr、 Mn)或氯化物(Sn)或 氧氯化物(Zr)。分步浸渍时，浸渍助剂后的焙烧温度为400 60(TC，浸渍Ir活性组分 后的焙烧温度为300~500°C;共同浸渍时，两种组分同时浸渍后的焙烧温度 为300 500。C。所述催化剂能够在氢气气氛下，于60 12(TC的低温条件选择催化氧化 一氧化碳，且具有较高的转化率。应用时的反应气氛中CO的体积含量最好3%， H2的体积含量可以 230%, CO与02的体积比最好为1: 0.5-2。所述催化剂进行催化反应之前需要经过预处理，预处理过程为 300 50(TC条件下氢气还原1~2小时。本专利技术具有以下优点1.本专利技术采用常规湿法浸渍法将两组分负载到载体上，千燥、焙烧后即得到所需催化剂。操作过程简单(湿法浸渍)、条件温和(8(TC烘干， 300 50(TC焙烧)、重复性好(详见具体实施制备实例)等优点；2. 本专利技术方法制备的催化剂具有活性组分高度分散的特点，Ir和第二组分均以纳米级颗粒均匀地分散在载体上，Ir和M之间接触充分，结合紧 密，存在强的相互作用。第二组分的添加一方面起到助剂活化氧的作用， 另一方面降低贵金属Ir的含量，催化剂成本得到大大降低；3. 在富氢气氛下(40%H2)，与单组分Ir催化剂相比，双组分催化剂均 表现出很高的一氧化碳催化氧化活性和选择性(见图例l、 2的数据结果)， 在较宽的使用温度区间(80~120°C) CO可以得到很有效的脱除(最高CO 转化率可达到90%以上，见图例2、 3)，耗氢量少((302选择性达 80%， 见图例2);4. 本专利技术涉及的双组分催化剂使用的载体范围广，常规的二氧化硅， 各种活性炭(包括中孔炭，导电炭黑等)均可以是活性组分高度分散，且 表现出很好地CO催化氧化活性和寿命(见图例3)。附图说明图1A为本专利技术实施例2制备催化剂的程序升温反应转化率的比较图； 图IB为本专利技术实施例2制备催化剂的程序升温反应选择性的比较图2A为本专利技术实施例4、 5、 6及比较实施例1制备催化剂的程序升温 反应转化率的比较图2B为本专利技术实施例4、 5、 6及比较实施例1制备催化剂的程序升温 反应选择性的比较图3A为本专利技术实施例8及比较实施例2制备催化剂的程序升温反应转 化率的比较图3B为本专利技术实施例8及比较实施例2制备催化剂的程序升温反应寿 命评价图。具体实施方式 实施例1制备0.1%Ir/Fe5/Al2O^B 10%Ir/Fe5/Al2O3(Ir前面的数字为Ir的质量百 分比，Fe后面的数字为第二组分过渡金属与Ir的摩尔比，下同)分别称取0.032g禾n 3.15g Fe前驱体Fe(N03)3'9H20于两个50ml烧杯中， 5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铱基双组分负载型催化剂，由载体、活性金属和助剂构成，其特征在于：所述载体为氧化铝、二氧化硅或活性炭；所述活性金属为Ｉｒ，其于催化剂中的质量含量为０．１～１０％；所述助剂为Ｆｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ和／或Ｚｒ，其含量为Ｉｒ摩尔含量的１～２０倍。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，张万生，王爱琴，黄延强，王晓东，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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