一种催化剂及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂包括载体和活性组分，所述活性组分负载在所述载体上；所述活性组分选自金属元素；所述金属元素选自钌；所述载体为氧化镁固体碱。该催化剂制备工艺简单，成本低，贵金属钌含量低，可在较低温度下(350～450℃)实现氨的分解反应，制备无CO

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及一种催化剂及其制备方法和应用，属于催化领域。

技术介绍

[0002]以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其能量转换效率高、无污染等优点，日益受到受到学术界和工业界的的重视。现场制氢技术是阻碍氢能燃料电池大规模应用的主要因素之一。液氨作为大宗工业化学品，具有来源广泛，储氢量大(17.7wt％)，能量密度高等优点，作为液态储氢介质开始受到国内外研究机构及企业界的关注。作为储氢介质，氨具有储氢量大(17.7wt％)、能量密度高(3000W
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h/kg)、合成技术成熟，价格低廉，并且氨气易液化，储存和运输方便等特点，是一种理想的氢能源载体。
[0003]开发高效的氨分解催化剂是实现液氨作为大规模储氢介质应用的关键，也是未来实现氢能与可再生清洁能源耦合利用的关键技术之一。近年来，催化氨分解制氢技术开始受到学术界和产业界关注。伴随着燃料电池技术的飞速发展，氨分解制备无CO
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燃料电池用氢技术目前已成为能源催化领域的研究热点。现有的氨分解催化剂以负载型金属催化剂为主，活性组分包括Fe、Ni、Co、Ru等金属，其中Ru基催化剂表现出优异的催化活性。在过去的研究中，相继开发了不同类型的载体如氧化物(氧化镁、氧化铝、氧化硅、镁铝尖晶石)、沸石分子筛、碳基(活性碳、碳纳米管、碳纳米纤维)材料等来负载Ru纳米颗粒，提高Ru基催化剂的氨分解催化活性。
[0004]固体碱如碱土金属氧化物及氢氧化物、碱金属氧化物，负载型碱金属和碱土金属氧化物等作为催化剂在烯烃异构化、酯交换反应、Michael加成反应、醇脱氢和缩合等多种反应中得到了广泛的应用。固体碱作为催化剂具有独特的理化性质和催化性能，具有反应条件温和、高活性和选择性等优点，是一种环境友好型固体催化剂。文献(Applied Catalysis A:General301(2006)202
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210；专利技术专利：200510031519.7)报道了氧化锆基和氧化铝基固体碱作为载体负载钌制备的催化剂具有较好的氨分解催化活性。文献(Journal of Catalysis 185,506
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512,1999)结果表明以金属K改性纳米晶MgO制备的固体碱K/MgO具有特殊的表面化学性质，在丙烯-乙烯混合物到戊烯和庚烯催化反应中表现出较好的催化效果。将MgO基固体碱作为载体负载活性金属制备催化剂，不仅可以保留固体碱独特的结构性质及较强的碱性，而且可以优化载体与活性金属的相互作用为新型高效钌基氨分解催化剂的设计制备提供新的思路，但到目前为止，相关研究未见报道。

技术实现思路

[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种新型氧化镁固体碱负载钌催化剂，该催化剂制备工艺简单，成本低，贵金属钌含量低，可在较低温度下(350～450℃)实现氨的分解反应，制备无CO
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的氢气，且催化剂具有高活性和高稳定性等优点，具有潜在的应用前景。
[0006]根据本申请的第一方面，提供了一种催化剂，所述催化剂包括载体和活性组分，所述活性组分负载在所述载体上；
[0007]所述活性组分选自金属元素；所述金属元素选自钌；
[0008]所述载体为氧化镁固体碱。
[0009]可选地，所述氧化镁固体碱为碱改性的氧化镁。
[0010]可选地，所述碱选自金属A单质和/或金属A化合物；
[0011]所述金属A选自锂、钠、钾、铯中的至少一种。
[0012]可选地，所述金属A化合物选自金属A氧化物、金属A氢氧化物、金属A氯化物、金属A碳酸盐、金属A碳酸氢盐、金属A硝酸盐、金属A硫酸盐中的至少一种。
[0013]可选地，在所述氧化镁固体碱中，碱和氧化镁的质量比为0.01～1:1；
[0014]所述碱的质量以金属A元素的质量计。
[0015]可选地，在所述催化剂中，所述钌的质量为氧化镁固体碱质量的0.5～25％；
[0016]所述钌的质量以钌元素的质量计。
[0017]可选地，在所述催化剂中，所述钌的质量为氧化镁固体碱质量分数的上限选自25wt.％、14wt.％、10wt.％、9wt.％、8wt.％、7wt.％、6wt.％、5wt.％、4wt.％、3wt.％、2wt.％、1wt.％、0.7wt.％或0.6wt.％；下限选自0.5wt.％、0.7wt.％、1wt.％、2wt.％、3wt.％、4wt.％、5wt.％、6wt.％、7wt.％、8wt.％、9wt.％、10wt.％、14wt.％或19wt.％。
[0018]根据本申请的另一方面，提供了一种上述催化剂的制备方法，所述方法包括：
[0019]a)将含有氧化镁固体碱和钌源的混合物，进行负载，得到催化剂前驱体；
[0020]b)在含有还原性气体的气氛下，将所述催化剂前驱体还原，得到所述催化剂。
[0021]可选地，所述方法包括：
[0022](1)将载体氧化镁固体碱浸渍分散于含有活性组分前驱体的溶剂中，混合均匀后在室温下静置0.1～48小时，然后在0～200℃下干燥，得到催化剂前驱体；
[0023](2)将催化剂前驱体在100～800℃的还原气氛下进行还原活化，得到催化剂。
[0024]可选地，所述步骤(1)中的溶剂选自水、丙酮、乙醇中的至少一种。
[0025]可选地，所述步骤a)包括：将含有钌源的溶液浸渍到氧化镁固体碱中，得到催化剂前驱体。
[0026]可选地，所述步骤a)包括：将含有钌源的溶液浸渍到氧化镁固体碱中，干燥，得到催化剂前驱体。
[0027]可选地，所述钌源包括氯化钌、亚硝酰硝酸钌、氯钌酸钾、乙酰丙酮钌、醋酸钌、氯钌酸铵、钌酸钠、钌酸钾中的至少一种。
[0028]可选地，所述浸渍的条件为:温度为0～50℃；时间为0.1～48小时。
[0029]可选地，所述浸渍的时间上限独立地选自48小时、40小时、32小时、24小时、16小时、8小时、6小时、3小时、2小时、1小时、0.5小时或0.2小时；下限选自0.1小时、0.5小时、1小时、2小时、3小时、6小时、8小时、16小时、24小时、32小时、40小时或47.5小时。
[0030]可选地，所述干燥的温度为0～200℃。
[0031]可选地，所述干燥处理温度的上限选自200℃、170℃、140℃、110℃、90℃、70℃、60℃、50℃、40℃、30℃、20℃、10℃或5℃；下限选自0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、90℃、110℃、140℃、170℃或195℃。
[0032]可选地，所述含有钌源的溶液中钌源浓度为1～110mg/ml。
[0033]可选地，所述含有钌源的溶液中钌源浓度的上限选自110mg/ml、90mg/ml、80mg/
ml、70mg/ml、60mg/ml、50mg/ml、40mg/ml、30mg/ml、20mg/ml、10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂包括载体和活性组分，所述活性组分负载在所述载体上；所述活性组分选自金属元素；所述金属元素选自钌；所述载体为氧化镁固体碱；所述氧化镁固体碱为碱改性的氧化镁。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述碱选自金属A单质和/或金属A化合物；所述金属A选自锂、钠、钾、铯中的至少一种。3.根据权利要求2所述的催化剂，其特征在于，所述金属A化合物选自金属A氧化物、金属A氢氧化物、金属A氯化物、金属A碳酸盐、金属A碳酸氢盐、金属A硝酸盐、金属A硫酸盐中的至少一种。4.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，在所述氧化镁固体碱中，碱和氧化镁的质量比为0.01～1:1；所述碱的质量以金属A元素的质量计。5.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，在所述催化剂中，所述钌的质量为氧化镁固体碱质量的0.5～25％；所述钌的质量以钌元素的质量计。6.权利要求1至5任一项所述催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：a)将含有氧化镁固体碱和钌源的混合物，进行负载，得到催化剂前驱体；b)在含有还原性气体的气氛下，将所述催化剂前驱体还原，得到所述催化剂。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳林，鞠晓花，陈萍，
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：