【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体纯化领域，具体是一种氢气一体化纯化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、氢能将是未来社会的主要能源之一，当前世界各国均将氢能列入国家发展战略。我国已经发布《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》、《节能与新能源汽车产业发展规划》等将氢能作为我国的重要发展方向。
2、2012年以来，我国氢气年产量已逾千万吨规模，位居世界第一。氢气作为质子交换膜燃料电池(pemfc)的主要燃料，其品质的好坏极大地影响着电池的性能。除电解水外，当氢气来源于化石燃料重整或工业副产氢时，其中会含有从原料中带进的杂质以及一些副产物，如醛、酸、氨、co2、卤素等。这些杂质的存在，对质子交换膜燃料电池的稳定运行会造成影响，极大缩短了质子交换膜燃料电池的使用效率和使用寿命，因此必须对燃料电池用氢中的杂质含量加以控制。
3、燃料电池车用氢气国标gb/t37244-2018中要求甲醛≤0.01ppm，甲酸≤0.2ppm，nh3≤0.1ppm，co2≤2ppm，总卤化物≤0.05ppm，目前燃料电池车用氢气并未大规模应用，主要采用小规模的psa将氢气纯度提高，对于提纯后的醛、酸、氨、co2、卤素杂质主要采用简单吸附，没有系统的解决方案。
4、醛、酸、氨、co2、卤素这五种杂质如果分别净化脱除，会导致氢气纯化工艺流程涉及复杂，操作繁琐，纯化材料装填量大，操作费用高，燃料电池车用氢气成本增加，竞争力严重下降，严重制约了我国氢能源产业的发展。为简化工艺流程，市场急需一种一体化纯化材料，能在同时净化脱除微量醛、
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种氢气一体化纯化材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的氢气一体化纯化材料可在常温条件下将高纯氢中微量醛、酸、氨、co2、卤素等杂质同时脱除，同时不产生新的杂质。
2、本专利技术提供了一种氢气一体化纯化材料，其为贵金属和稀土金属氧化物改性的分子筛；
3、所述贵金属选自pt、ru或pd中的至少一种；
4、所述稀土金属氧化物选自ceo2或la2o3中的至少一种。
5、本专利技术提供的氢气一体化纯化材料，具体而言为一种改性分子筛材料，由a型分子筛和贵金属离子和稀土金属离子经过离子交换、成型、焙烧和活化后改性得到，改性后的贵金属离子和稀土金属离子转变为上述贵金属和稀土金属氧化物负载在所述纯化材料中。本申请专利技术人创造性地发现，将a型分子筛用上述贵金属和稀土金属氧化物进行改性得到的分子筛材料能够在常温条件下将高纯氢中微量醛、酸、氨、co2、卤素等杂质的同时脱除，特别是在工业副产氢经过变压吸附(psa)后的高纯氢中常温同时脱除微量醛、酸、氨、co2、卤素等杂质，纯化后醛、酸、氨、co2、卤素等杂质满足燃料电池车用氢气国标gb/t37244-2018要求，同时不产生新的杂质。
6、本专利技术提供的氢气一体化纯化材料中，所述贵金属选自pt、ru或pd中的至少一种，优选选自pt、ru或pd；所述稀土金属氧化物选自ceo2或la2o3中的至少一种，优选选自ceo2或la2o3。本专利技术所述贵金属在所述纯化材料中的含量为0.01～0.3wt％；所述稀土金属氧化物在所述纯化材料中的含量为1～8wt％。
7、本专利技术还提供了一种上述氢气一体化纯化材料的制备方法，包括以下步骤：
8、将a型分子筛在含有贵金属离子和稀土金属离子的溶液中进行离子交换，将离子交换后所得物料依次进行成型、焙烧和活化，得到氢气一体化纯化材料。
9、本专利技术提供的氢气一体化纯化材料的制备方法中，所述贵金属和所述稀土金属与上述氢气一体化纯化材料中的贵金属和稀土金属氧化物对应，也即所述贵金属离子选自pt离子、ru离子或pd离子中的至少一种,优选选自pt离子、ru离子或pd离子；所述稀土金属离子选自ce离子或la离子中的至少一种,优选选自ce离子或la离子。本专利技术所述含有贵金属离子和稀土金属离子的溶液中，所述贵金属离子的含量以金属计为0.01～0.3wt％；所述稀土金属离子的的含量以金属氧化物计为1～8wt％。
10、在本专利技术的某些实施例中，所述含有贵金属离子和稀土金属离子的溶液为贵金属盐和稀土金属盐的混合溶液；所述贵金属盐包括但不限于氯铂酸、氯化钌或氯化钯中的至少一种；所述稀土金属盐包括但不限于硝酸铈或硝酸镧中的至少一种。本专利技术所述贵金属盐和稀土金属盐的混合溶液为水溶液，如有需要所述贵金属盐和稀土金属盐可采用不同含量的盐酸、草酸、醋酸或柠檬酸等作为助溶剂。
11、在本专利技术所述氢气一体化纯化材料的制备方法中，所述a型分子筛为80～100目的粉体，选自3a分子筛、4a分子筛或5a分子筛，其中所述3a分子筛的典型化学组成为所述4a分子筛的典型化学组成为所述5a分子筛的典型化学组成为本专利技术所述a型分子筛均可在市场中购得。
12、本专利技术所述a型分子筛的硅铝比为1:1，且分子筛中含有钠、钾、钙等碱金属或碱土金属，对酸、co2和卤素等酸性物质具有一定的脱除能力，a型分子筛通过贵金属pt/ru/pd和稀土金属ce/la改性后吸附有上述贵金属和稀土金属氧化物，进一步提高了其对酸、co2和卤素等酸性物质的纯化精度，使其满足甲酸≤0.2ppm，co2≤2ppm，总卤化物≤0.05ppm的要求。
13、本专利技术所述a型分子筛的孔径为3～5埃。a型分子筛在改性之前孔径为3～5埃，通过贵金属pt/ru/pd改性，再经过还原过程在分子筛内部形成贵金属纳米级颗粒，进一步调节一体化纯化材料孔径，使临界直径为2.4埃的氢气分子能够顺利通过，而4.4～5埃的醛类物质和3.8埃的氨分子则无法通过，从而达到纯化效果。
14、本专利技术提供的氢气一体化纯化材料的制备方法，将上述含有贵金属离子和稀土金属离子的溶液和上述a型分子筛经过离子交换，再将离子交换后的物料经过洗涤、阴干、干燥、成型、焙烧和活化，得到氢气一体化纯化材料。
15、本专利技术首先将a型分子筛在上述含有贵金属离子和稀土金属离子的溶液中进行离子交换。本专利技术所述离子交换的温度为20～100℃；所述离子交换的时间为0.5～100h。本专利技术所述离子交换至少进行一次，可以进行多次离子交换以保证活性组分含量达到要求。在本专利技术的某些实施例中，本专利技术将a型分子筛在上述含有贵金属离子和稀土金属离子的溶液中进行了一次离子交换，所述离子交换的温度为50～80℃；所述离子交换的时间为10～20h。本专利技术进行离子交换后，还包括将离子交换后合格的物料经过多次纯净水洗涤至洗涤水中用硝酸银溶液检测不到cl-。
16、本专利技术将a型分子筛在上述含有贵金属离子和稀土金属离子的溶液中进行离子交换后，将离子交换后得到的物料进行成型。在成型之前，首先将离子交换后得到的物料经过1～24小时阴干后在80～150℃空气氛围中干燥2～6h，然后对干燥后的物料进行成型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氢气一体化纯化材料，其特征在于，其为贵金属和稀土金属氧化物改性的分子筛；
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述贵金属在所述纯化材料中的含量为0.01～0.3wt％；
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述贵金属选自Pt、Ru或Pd；
4.一种权利要求1～3中任一所述的氢气一体化纯化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述A型分子筛选自3A分子筛、4A分子筛或5A分子筛。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述A型分子筛的孔径为3～5埃。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述离子交换的温度为20～100℃；
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧在惰性氛围下进行，所述焙烧的温度为400～600℃，所述焙烧的时间为3～10h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述活化具体为：在氢气氛围下以200～300℃进行活化3～5h。
10.权利要求1～3
...【技术特征摘要】
1.一种氢气一体化纯化材料，其特征在于，其为贵金属和稀土金属氧化物改性的分子筛；
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述贵金属在所述纯化材料中的含量为0.01～0.3wt％；
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述贵金属选自pt、ru或pd；
4.一种权利要求1～3中任一所述的氢气一体化纯化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述a型分子筛选自3a分子筛、4a分子筛或5a分子筛。
6.根据权利要求4...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷军，张清建，李维国，刘园园，刘华伟，王先厚，周露露，王明清，成春喜，江甜，李智，刘涛，姜凡，肖安陆，傅小丽，
申请(专利权)人：山东能源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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