一种整体式氢气催化燃烧催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及氢气催化燃烧催化剂技术领域，具体涉及一种整体式氢气燃烧催化剂及其制备方法与应用，该制备方法包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种整体式氢气催化燃烧催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及氢气催化燃烧
，具体涉及一种整体式氢气燃烧催化剂及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]传统的催化剂存在床层压降大，反应物在催化剂颗粒表面分布不均匀催化剂床层各点温度梯度大等问题，近十几年发展起来的具有平行通道的整体式氢气燃烧催化剂表面负载高比表面积的涂层，有较强的机械强度能够在废气净化或催化燃烧中应用，其中，催化燃烧氢气技术被认为是解决氢气排放最有优势的技术，不仅安全高效，而且对于低浓度的氢
/
空混合气体更具有独特优势
。
[0003]目前，氢气催化燃烧催化剂主要分为贵金属
(
如
Pd、Pt
和
Au
等
)
和过渡金属
(
如
Mn、Co
和
Cu
等
)
催化剂
。
其中，贵金属
Pd
和
Pt
的活性最好，低温活性佳，在室温下即可起活，但其价格昂贵，制备成本较高，通过提高分散度来降低负载量是一种思路
。
另外，目前研究的氢催化燃烧催化剂主要为粉体催化剂，该类催化剂由于传质
/
传热性能受限，不能及时移除反应过程中的热量，极易在床层内部形成“热点”，从而导致催化剂的烧结失活和床层“飞温”等安全问题
。
同时在应对高通量的操作条件下，粉末催化剂一般要进行成型操作以降低床层压降
。
这一操作也将导致催化剂活性位利用率下降等一系列问题
。
[0004]针对上述问题，也有研究者进行了一些探索
。Fern
á
ndez
等人以具有优异传质
/
传热性能的泡沫
SiC
为载体，在其表面涂覆一层
Ce
改性的
Al2O3涂层，经过烘干焙烧后，再浸渍负载量为
0.25
％的
Pt
，实验证明该催化剂的低温活性较好，在
3.3vol
％
H2的浓度下，
T
50
(
转化率
50
％
)
的温度仅为
32℃(Appl.Catal.B,2016,180,336)。
以上虽然采用结构载体，显著提高传质传热性能从而进一步提升催化活性
。
但是，该方法制备的催化剂
Al2O3涂层和
SiC
载体结合的牢固度较低，长时间使用时，存在涂层脱落堵塞反应管路等问题
。
[0005]值得一提的是，以整装金属为载体的整装结构催化剂具有独特的三维开放式的网络结构，以及高导热系数和机械强度，赋予其高效的传质和传热性能，同时径向混合有利于提高活性组分和反应物接触效率
。
目前，整装结构催化剂在氢气燃烧反应上的研究较少，若能开发出一种集优异氢气燃烧催化性能和传质传热性能于一体的整装催化剂，将会非常有竞争力
。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中氢气燃烧催化剂存在的上述问题，从而提供一种整体式氢气燃烧催化剂及其制备方法与应用
。
[0007]为此，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种整体式氢气燃烧催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1
，将金属骨架置于柠檬酸溶液或没食子酸溶液中，水热反应，得到表面具有纳米片形貌的负载型金属骨架；
[0010]S2
，将活性组分浸渍到步骤
S1
制得的负载型金属骨架上，得到催化剂前驱体；
[0011]S3
，将所得催化剂前驱体进行焙烧，还原，得到整体式氢气燃烧催化剂
。
[0012]可选地，步骤
S1
中，所述水热反应的温度为
80
‑
200℃
，水热反应的时间为1‑
48h。
[0013]可选地，步骤
S1
中，所述柠檬酸溶液的摩尔浓度为
0.001
‑
1mol/L
；
[0014]所述没食子酸溶液的摩尔浓度为
0.001
‑
1mol/L。
[0015]可选地，步骤
S1
中，所述金属骨架与柠檬酸溶液的用量比为
0.001
‑
1g/mL
；
[0016]所述金属骨架与没食子酸溶液的用量比为
0.001
‑
1g/mL。
[0017]可选地，步骤
S2
中，采用等体积浸渍法进行浸渍；
[0018]和
/
或，所述活性组分包括铂元素或钯元素中的至少一种
。
[0019]可选地，步骤
S3
中，所述焙烧温度为
200
‑
600℃
，焙烧时间
0.5
‑
24h
；
[0020]和
/
或，所述焙烧在含氧气氛下进行
。
典型非限定性地，所述含氧气氛为空气气氛
。
[0021]可选地，所述还原温度为
200
‑
600℃
，还原时间为
0.5
‑
24h
；
[0022]和
/
或，所述还原的气氛为氢气或氢氮混合气
。
[0023]可选地，金属骨架载体的材质为镍
、
铁
、
钴
、
铜
、
镁
、
铝中的任意一种；
[0024]和
/
或，所述金属骨架载体的形态结构选自丝网
、
泡沫
、
纤维
、
纤维毡
、
圆管
、
圆片中的任意一种；
[0025]可选地，所述金属骨架载体选自泡沫镍，泡沫铜，泡沫铁，纤维铜，纤维毡铜，丝网镍，圆片镍中的一种；
[0026]和
/
或，所述金属骨架经过酸性溶液清洗预处理
。
[0027]本专利技术还提供一种上述的制备方法制备得到的整体式氢气燃烧催化剂，
[0028]可选地，所述整体式氢气燃烧催化剂中活性组分的质量百分含量为
0.1
‑
0.5
％
。
[0029]本专利技术还提供一种上述的整体式氢气燃烧催化剂在氢气燃烧中的应用；
[0030]可选地，氢气燃烧反应温度为
25
‑
150℃
，空速为
1000
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种整体式氢气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
，将金属骨架置于柠檬酸溶液或没食子酸溶液中，水热反应，得到表面具有纳米片形貌的负载型金属骨架；
S2
，将活性组分浸渍到步骤
S1
制得的负载型金属骨架上，得到催化剂前驱体；
S3
，将所得催化剂前驱体进行焙烧，还原，得到整体式氢气燃烧催化剂
。2.
根据权利要求1所述的整体式氢气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述水热反应的温度为
80
‑
200℃
，水热反应的时间为1‑
48h。3.
根据权利要求1所述的整体式氢气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述柠檬酸溶液的摩尔浓度为
0.001
‑
1mol/L
；所述没食子酸溶液的摩尔浓度为
0.001
‑
1mol/L。4.
根据权利要求1所述的整体式氢气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述金属骨架与柠檬酸溶液的用量比为
0.001
‑
1g/mL
；所述金属骨架与没食子酸溶液的用量比为
0.001
‑
1g/mL。5.
根据权利要求1‑4任一项所述的整体式氢气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，步骤
S2
中，采用等体积浸渍法进行浸渍；和
/
或，所述活性组分包括铂元素或钯元素中的至少一种
。6.
根据权利要求1‑4任一项所述的整体式氢气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，步骤
S3
中，所述焙烧温度为
200
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张智强，张卿，刘海波，田勇，陈庆塘，罗华明，陈进生，
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：