【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氨分解制氢，具体涉及一种氨分解制氢催化剂及其制备方法和氨分解制氢反应器。
技术介绍
1、氨是一种易被液化、储存和运输的富氢化合物，并且在实际应用方面已具备成熟的技术体系，因此有望成为一种高效的储氢材料，解决氢气储、运难的实际问题。如何高效、低成本的将氨中的氢气释放出来成为了主要难点，热催化氨分解制氢反应(2nh3＝3h2+n2)则是解决该难点的有效途径，在反应过程中催化剂则是实现高效氨分解制氢的关键。
2、目前，氨分解制氢催化剂主要有以ru为代表的贵金属氨分解制氢催化剂和以fe、ni为代表的非贵金属氨分解制氢催化剂。这两种催化剂根据应用场景的不同来选择，如贵金属氨分解制氢催化剂往往应用于反应温度低、氢气纯度高、体积小等设备场景，而非贵金属氨分解制氢催化剂往往应用于反应温度高，对氢气纯度和体积等要求不高的设备场景。传统的贵金属氨分解制氢催化剂往往是将贵金属纳米粒子(如ru、pt、pd、ir、rh等)担载在载体(如碳黑、碳纳米管、活性炭、氧化铝、氧化铈等)外表面。
3、例如专利申请文件cn03143112.7公开了一种属于催化剂及其制备
的用氨分解反应制备零cox氢气的催化剂及其制备方法。所述催化剂组成为活性组分0.5－20wt％，载体70～99wt％，助剂0～20wt％。活性组分选自贵金属以及具有贵金属性质的金属氮化物，载体为碳纳米管，助剂选自碱金属、碱土金属以及稀土金属化合物。
4、在氨分解制氢催化剂的实际应用过程中往往涉及到催化剂成型工艺，而在催化剂成型过程中会引入粘结剂
5、例如专利申请文件cn201910537655.5公开了一种镍和/或钌系氨分解催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括，活性组分和载体；所述活性组分为镍、钌中的一种或两种，所述载体包括石墨化活性炭和助剂，所述助剂为碱金属的氧化物和碳酸盐、碱土金属的氧化物和碳酸盐、稀土氧化物中的一种或几种。
6、但该镍和/或钌系氨分解催化剂采用石墨化活性炭载体，没有合适的介孔结构，使得活性组分基本担载在石墨化活性炭的外表面，极易在成型过程中被粘结剂覆盖，导致催化活性降低，同时由于石墨化活性炭孔道结构的孔径基本＜3nm，反应物(nh3分子)难以进入较小的孔道结构，导致部分担载在孔内的活性组分也无法得到高效利用。
7、例如专利申请文件cn202310349366.9公开了一种用于氨分解制氢的ru基催化剂及其制备方法。所述ru基催化剂包括作为活性组分的ru、作为助剂的碱金属、碱土金属或稀土金属和作为载体的碳包裹二氧化硅sio2@c。
8、但该ru基催化剂采用碳包覆二氧化硅作为载体，没有合适的介孔结构，使得ru纳米粒子基本担载在外表面，极易在催化剂成形过程中被粘结剂覆盖，导致催化活性降低。
9、例如专利申请文件cn202210526114.4提供了一种介孔氧化铈负载钌催化剂及其制备方法和应用，介孔氧化铈负载钌催化剂包括活性金属、载体和助剂，活性金属为钌金属，载体为氧化铈，助剂为氧化铷，钌金属质量含量为3％，铷质量含量为2.5 7.6％。
10、但该催化剂采用的氧化铈载体不具备电子传导作用，不能有效优化ru纳米粒子的电子结构。
技术实现思路
1、本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：专利申请文件cn202210526114.4提供的介孔氧化铈负载钌催化剂采用介孔氧化铈作为载体，虽然具有介孔结构，但介孔氧化铈载体的最可几孔径为3.3 3.6nm，表明主要的介孔孔容位于2-5nm之间，不利于ru纳米粒子的孔内担载，并且较小尺寸的介孔孔口易被后续催化剂成型过程中的粘结剂覆盖，导致孔内担载的ru纳米粒子不能接触反应物(nh3分子)，难以起到很好的催化活性；另外，该介孔氧化铈负载钌催化剂中的氧化铈载体属于过渡金属氧化物，其比表面积(71 105m2gcat1)较小，难以对ru纳米粒子起到充分的分散作用，导致ru纳米粒子担载的分散性差，易造成ru纳米粒子尺寸较大且均一性差，同时易造成ru纳米粒子之间的间距较短，因此，易导致氨分解制过程中ru纳米粒子发生团聚，影响催化剂的耐久性。
2、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种氨分解制氢催化剂及其制备方法和氨分解制氢反应器。该氨分解制氢催化剂具有优异的催化活性和耐久性。
3、本专利技术实施例的氨分解制氢催化剂，包括载体、活性组分和任选地助剂，所述载体为石墨化介孔碳材料，所述载体的一次孔结构包括孔径大于等于2.0nm小于5.0nm的第一介孔和孔径为5.0-20.0nm的第二介孔，所述载体的最可几孔径为5.0-20.0nm；所述活性组分为贵金属纳米粒子、贵金属合金纳米粒子和贵金属-过渡金属合金纳米粒子中的至少一种，所述活性组分的平均粒径小于所述第二介孔的孔径。
4、本专利技术实施例的氨分解制氢催化剂带来的优点和技术效果为：
5、(1)载体具有孔径为2.0-20.0nm的介孔结构，且活性组分的平均粒径小于第二介孔的孔径，使得部分活性组分能担载在载体的介孔孔道内，一方面可减少后续催化剂成型过程中粘结剂对活性组分的覆盖，提高催化剂的催化活性，另一方面可利用载体的空间限域作用来抑制活性组分的团聚，提高催化剂的耐久性；
6、(2)载体具有孔径为2.0-20.0nm的介孔结构，因此载体具有较高的比表面积，可以有效提升活性组分的分散性，使担载的活性组分尺寸合理且均一性较好，同时高分散担载使得活性组分之间的间距较大，缓解了活性组分在氨分解制氢过程中的团聚，提高催化剂的耐久性；
7、(3)载体的最可几孔径为5.0-20.0nm，使得担载在载体介孔孔道内的活性组分主要分布于第二介孔内，既可以防止后续催化剂成型过程中粘结剂对活性组分的覆盖，又可以防止粘结剂对孔口的堵塞，使得孔内担载的活性组分能充分接触反应物(nh3分子)，提高催化剂的催化活性和耐久性。
8、(4)载体为石墨化介孔碳材料，具有较高的石墨化程度，在氨分解制氢反应过程中具有稳定的结构性质，难以与nh3、h2等还原性气体发生反应，因此能有效提高氨分解制氢催化剂的催化耐久性。
9、在一些实施例中，所述第一介孔和所述第二介孔的孔容之和为0.3-1.8cm3/g。
10、在一些实施例中，所述第二介孔和所述第一介孔的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氨分解制氢催化剂，其特征在于，包括载体、活性组分和任选地助剂，所述载体为石墨化介孔碳材料，所述载体的一次孔结构包括孔径大于等于2.0nm小于5.0nm的第一介孔和孔径为5.0-20.0nm的第二介孔，所述载体的最可几孔径为5.0-20.0nm；所述活性组分为贵金属纳米粒子、贵金属合金纳米粒子和贵金属-过渡金属合金纳米粒子中的至少一种，所述活性组分的平均粒径小于所述第二介孔的孔径。
2.根据权利要求1所述的氨分解制氢催化剂，其特征在于，所述第一介孔和所述第二介孔的孔容之和为0.3-1.8cm3/g，和/或，所述第二介孔和所述第一介孔的孔容之比大于等于1.0。
3.根据权利要求1所述的氨分解制氢催化剂，其特征在于，所述载体的一次孔结构为内部联通的孔结构；和/或，所述载体的石墨微晶尺寸为1.2-5.0nm；和/或，所述载体的比表面积为120.0-800.0m2/g。
4.根据权利要求1所述的氨分解制氢催化剂，其特征在于，所述活性组分的平均粒径为1.0-5.0nm，优选为3.0-5.0nm；和/或，所述贵金属为Ru、Pt、Pd、Ir和Rh中的至
5.根据权利要求1所述的氨分解制氢催化剂，其特征在于，以所述活性组分的总质量为100.0wt％计，担载在所述载体孔内的所述活性组分的质量分数为50.0wt％以上。
6.根据权利要求1所述的氨分解制氢催化剂，其特征在于，以所述氨分解制氢催化剂的总质量为100.0wt％计，所述活性组分的质量分数为2.0-15.0wt％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的氨分解制氢催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述还原性气氛为N2、He和Ar中的至少一种与H2形成的混合气，所述混合气中H2的体积分数为5.0-50.0％。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一次烧结处理的烧结温度为500-1000℃，烧结时间为1-8h；任选地，所述第二次烧结处理的烧结温度为300-800℃，烧结时间为1-6h。
10.一种氨分解制氢反应器，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的氨分解制氢催化剂或权利要求7-9任一项所述的制备方法得到的氨分解制氢催化剂；优选地，所述氨分解制氢反应器为叠片式氨分解反应器。
...【技术特征摘要】
1.一种氨分解制氢催化剂，其特征在于，包括载体、活性组分和任选地助剂，所述载体为石墨化介孔碳材料，所述载体的一次孔结构包括孔径大于等于2.0nm小于5.0nm的第一介孔和孔径为5.0-20.0nm的第二介孔，所述载体的最可几孔径为5.0-20.0nm；所述活性组分为贵金属纳米粒子、贵金属合金纳米粒子和贵金属-过渡金属合金纳米粒子中的至少一种，所述活性组分的平均粒径小于所述第二介孔的孔径。
2.根据权利要求1所述的氨分解制氢催化剂，其特征在于，所述第一介孔和所述第二介孔的孔容之和为0.3-1.8cm3/g，和/或，所述第二介孔和所述第一介孔的孔容之比大于等于1.0。
3.根据权利要求1所述的氨分解制氢催化剂，其特征在于，所述载体的一次孔结构为内部联通的孔结构；和/或，所述载体的石墨微晶尺寸为1.2-5.0nm；和/或，所述载体的比表面积为120.0-800.0m2/g。
4.根据权利要求1所述的氨分解制氢催化剂，其特征在于，所述活性组分的平均粒径为1.0-5.0nm，优选为3.0-5.0nm；和/或，所述贵金属为ru、pt、pd、ir和rh中的至少一种；所述过渡金属为fe、co、cu和ni中的至...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵维，陈立刚，贾茵，刘秩仰，吴田田，任宇辰，徐敏，王力南，
申请(专利权)人：国家电投集团氢能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。