一种整体式催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及催化剂领域，具体涉及一种整体式催化剂及其制备方法与应用，一种整体式催化剂的制备方法，包括将金属载体和助剂铵盐进行水热，在金属骨架载体上原位生长助剂前驱体，得到前体材料；将活性金属前驱体溶液浸渍于步骤S1得到的前体材料上，得到催化剂前驱体；将步骤S2得到的催化剂前驱体焙烧，还原。本发明专利技术采用先通过助剂铵盐辅助的水热法将助剂前驱体负载于金属骨架上制得前体材料，能够大幅度的提高前体材料的比表面积，从而提高活性组分的分散度，进而增强活性组分和助剂的协同作用。此外，耦合具有强化热质传递性质的整装金属载体，使得该催化剂在较低的活性组分负载量下即可实现优异的氨分解转化率。下即可实现优异的氨分解转化率。下即可实现优异的氨分解转化率。

【技术实现步骤摘要】
一种整体式催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及氨分解制氢反应领域，具体涉及一种整体式催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]氨分解制氢反应作为一种绿色环保获取氢能的技术被日益关注，传统的反应过程需加热至800
‑
850℃，在镍基催化剂的作用下，将氨分解为75％的氢气和25％的氢气的混合气体，该催化剂体系反应温度高，能耗高。
[0003]近年来，针对氨分解的催化剂的研究较多的催化剂体系有有铁基、钌基、镍基、过渡金属氮化物及碳化物等，其中，过渡金属铁基和镍基催化剂虽然成本低廉，但是活性较低，需在700℃以上才可实现99％以上的氨气转化率，而钌基催化剂仅在450℃左右即可实现99％以上的氨气转化率，但高昂的成本一定程度限制其广泛应用。通过提高活性组分的分散度，以提高活性位的利用率，可一定程度降低贵金属钌的负载量，有效降低成本。此外，催化剂性能不仅和活性组分有关，和载体也有关，通过将活性组分分散于碳基载体、金属氧化物、氧化硅和分子筛等载体上能使得催化剂性能进一步提升。然而目前大多数氨分解催化剂为粉体形式，当大批量使用时往往需要二次成型来应对高通量工况。二次成型操作同时也会产生一系列问题，如传质/传热性差导致的性能下降等。
[0004]目前，有研究者通过采用整装金属载体来提高氨分解催化剂的传质和传热性能，主要通过涂覆的方式将活性组分负载于金属载体上，该方法制备的催化剂在氨分解制氢的反应中，活性组分与载体的结合强度较弱，导致活性组分极易脱落，严重影响催化效率。由于金属载体表面光滑，活性组分负载难度大，且受限于载体表面积，活性组分负载量低。因此开发一种使得活性组分在金属载体上高度分散的制备方法至关重要。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的氨分解催化剂贵金属活性组分负载量高，以及氨分解的催化剂活性组分和助剂在金属载体上负载难度大的技术缺陷，从而提供一种高比表面的整体式催化剂及其制备方法与应用，通过耦合具有强化热质传递性质的金属载体以及活性组分和助剂间的强相互作用，使得整体式催化剂在较低的活性组分负载量时具有优异的氨分解活性。
[0006]本专利技术提供一种整体式催化剂的制备方法，包括，S1，将金属骨架载体和助剂铵盐通过水热法在金属载体上原位生长助剂前驱体，得到前体材料；S2，将活性金属前驱体溶液浸渍于步骤S1得到的前体材料上，得到催化剂前驱体；S3，将步骤S2得到的催化剂前驱体焙烧，还原，得到整体式催化剂。
[0007]所述步骤S1中水热法的步骤包括，将金属骨架载体浸入含有助剂铵盐的水溶液中，在50
‑
200℃下水热反应6
‑
24小时，制得前体材料。所述助剂铵盐为钼酸铵、正钼酸铵、钒酸铵、仲钨酸铵、偏钒酸铵、钨酸铵、偏钨酸铵和铌酸铵中的至少一种。所述助剂铵盐的水溶
液中，助剂铵盐浓度为0.01
‑
0.4mol/L。
[0008]所述步骤S2的浸渍方法为等体积浸渍法；可选的，浸渍后烘干温度为50
‑
100℃，烘干时间2
‑
12h；可选的，活性金属前驱体溶液中活性金属的质量为前体材料的0.001
‑
10wt％；和/或，所述活性金属前驱体为硝酸钌、氯化钌、乙酸钌、氯钌酸、氯钌酸铵、氯钌酸钠或氯钌酸钾中的至少一种。
[0009]步骤S3中，所述焙烧的温度为300～600℃，焙烧时间为1～12小时；和/或，所述还原的温度为300～600℃，还原时间为1～12小时。
[0010]所述金属骨架载体的材质为镍、铁、铝、钛、锌、钴、铜中的至少一种；和/或，所述金属骨架载体的形态结构选自丝、丝网、泡沫、纤维、纤维毡中的至少一种；可选地，所述金属骨架载体选自泡沫镍，泡沫铝，泡沫铁中的至少一种。
[0011]本专利技术提供的整体式催化剂的制备方法制得的整体式催化剂在氨分解中的应用，将整体式催化剂和氨气混合反应；可选的，混合反应的温度为450
‑
600℃，空速为1000
‑
30000mL g
‑1h
‑1。
[0012]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0013]1.本专利技术提供的整体式催化剂的制备方法，包括，将金属骨架载体和助剂铵盐通过水热法在金属载体上原位生长助剂前驱体，得到前体材料；将活性金属前驱体溶液浸渍于步骤S1得到的前体材料上，得到催化剂前驱体；将步骤S2得到的催化剂前驱体焙烧，还原，得到整体式催化剂。本专利技术采用先通过助剂铵盐辅助的水热法将助剂前驱体负载于金属骨架上制得前体材料，使得前体材料表面形成花状、棒状或针状的形貌，能够大幅度的提高前体材料的比表面积，从而提高活性组分的分散度，进而增强活性组分和助剂的协同作用。此外，耦合具有强化热质传递性质的整装金属载体，使得该催化剂在较低的活性组分负载量下即可实现优异的氨分解转化率。
[0014]2.本专利技术提供的整体式催化剂的制备方法，采用水热法制备前体材料，所述水热法的步骤包括，将金属骨架载体浸入含有助剂铵盐的水溶液中，在50
‑
200℃下水热反应6
‑
24小时，制得前体材料。其中，助剂铵盐为金属铵盐，采用水热法不仅将助剂铵盐与金属骨架牢固结合，还能够在浸渍活性组分时，由于助剂与活性组分之间产生较强的相互作用，使活性组分能够均匀的分散于前体材料上，进一步的提高整体式催化剂的活性；
[0015]本专利技术采用的助剂铵盐为金属铵盐，通过金属铵盐中铵盐水解对载体进行刻蚀，同时金属铵盐的金属离子呈弱酸性进一步的刻蚀载体，能够实现在金属骨架上生长高比表面的材料，大幅度的增加载体的比表面积，同时增强助剂与活性组分的相互作用，且溶剂为水，无毒环保。
[0016]3.本专利技术提供的整体式催化剂的制备方法，通过采用具有三维开放网络结构以及优异导热性能的金属骨架载体，使得该催化剂具有传质/传热性能优异、易于装填、灵活设计和无需二次成型等优势，能够提高催化剂的性能。此外，该结构的催化剂床层内流体分布均匀，可避免传统催化中存在的气体短路等问题，最终实现了氨分解性能的进一步提升。
[0017]4.本专利技术提供的整体式催化剂，通过花状、棒状或针状的前体材料表面形貌结构，大幅度的提高前体材料的比表面积，通过耦合具有强化热质传递性质的金属载体以及活性组分和助剂间的强相互作用，使得整体式催化剂在较低的活性组分负载量时具有优异的氨分解活性，实现提高活性组分的利用率，进一步提高了催化效率，本专利技术制得的整体式催化
剂在550℃反应温度和10000mL g
‑1h
‑1空速条件下可实现高于99.5％的氨气转化率，具有较好的工业应用前景。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整体式催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将金属骨架载体和助剂铵盐通过水热法在金属载体上原位生长助剂前驱体，得到前体材料；S2，将活性金属前驱体溶液浸渍于步骤S1得到的前体材料上，得到催化剂前驱体；S3，将步骤S2得到的催化剂前驱体焙烧，还原，得到整体式催化剂。2.根据权利要求1所述的整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中水热法的步骤包括，将金属骨架载体浸入含有助剂铵盐的水溶液中，在50
‑
200℃下水热反应6
‑
24小时，制得前体材料。3.根据权利要求2所述的整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述助剂铵盐为钼酸铵、正钼酸铵、钒酸铵、仲钨酸铵、偏钒酸铵、钨酸铵、偏钨酸铵和铌酸铵中的至少一种。4.根据权利要求3所述的整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述助剂铵盐的水溶液中，助剂铵盐浓度为0.01
‑
0.4mol/L。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的浸渍方法为等体积浸渍法；可选的，浸渍后烘干温度为50
‑
100℃，烘干时间2
‑
12h；可选的，活性金属前驱体溶液中活性金属的质量为前体材料的0.00...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智强，张卿，刘海波，陈庆塘，
申请(专利权)人：福大紫金氢能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：