一种制氢催化剂、其制备方法及其催化制氢方法技术

本发明专利技术提供了一种制氢的催化剂、其制备方法及其催化制氢方法。所述的催化剂包括载体和涂布在所述载体上的活性组分。其制备方法包括如下步骤：(1)将活性组分涂布于载体上；(2)高温烧结形成合金；(3)化学表面激活处理。所制得的催化剂可用于硼氢化物水解制氢中。本发明专利技术所提供的制备方法成型简单，制得的催化剂形状固定、应答性好、比表面积高、强度高，催化时易于控制，并且可连续长期使用，并在制氢过程中催化率高。

【技术实现步骤摘要】
一种制氢催化剂、其制备方法及其催化制氢方法
本专利技术涉及一种催化剂、其制备方法及其催化制氢方法，尤其涉及一种用于硼氢化物水解制氢的催化剂、其制备方法及其催化制氢方法。
技术介绍
氢能是公认的清洁能源，它的来源广，资源极其丰富，最有希望在未来替代化石能源。然而，要将氢能作为能源造福人类还面临着三大难题：大量、廉价的制氢；安全方便的储运；广泛经济的应用形式等。因此，国际社会给予了高度重视，各国政府都投入了大量的人力和物力进行学术研究和应用开发。燃料电池是一种高效的发电装置，以氢为燃料，用来发电。如汽车使用燃料电池，利用氢和氧化学反应，它所产生的只是电、热和水蒸气，唯一的副产品就是水，真正达到排放零污染燃料电池的推广应用，其社会效益也是十分明显的。作为零排放的燃料电池车的推广应用，将极大地减少城市的空气污染，改善人们的居住环境，而燃料电池走向大规模应用的关键是安全高效的供氢系统。由于硼氢化物尤其是硼氢化钠具有高度的稳定性和理想的储氢率(理论储氢率10.8wt％)，放氢速度快，易于控制，启动速度快，反应产物不会对催化剂产生毒害作用等优势，吸引了大批研究者的目光。以硼氢化钠为例，其制氢的原理是：将原料NaBH4加入碱配成一定浓度的溶液，在一定的条件下，不受温度和振动的影响保持一定的稳定性，当需要时令其与一种特殊的催化剂接触，在常温常压下立即发生激烈的催化水解反应，放出大量的氢气。其反应式如下：NaBH4(水相)+2H2O＝4H2+NaBO2(水相)可见，1摩尔的NaBH4可获得4摩尔的H2，是一种可快速得到氢气资源的生产方法。而如何制备高效优质廉价长寿命的催化剂便是硼氢化物制氢能否顺利、高效进行的关键。目前，用于硼氢化物制氢的催化剂制备形式有两种，其一，是以贵金属为主的离子型催化剂，具有粒度小比表面积大，活性高等优点。CN102029155A公开了一种制氢催化剂，包括：8wt％～12wt％的Pd、50wt％～60wt％的Au、12wt％～29wt％的C和6wt％～21wt％的WO3。本专利技术还提供了上述制氢催化剂的制备方法，包括：将钨酸钠和盐酸置于碳的悬浊液中进行反应，将反应产物煅烧后得到中间体WO3/C；将所述中间体在水中分散，得到中间体的悬浊液；将氯金酸、氯钯酸和硼氢化钠置于所述中间体的悬浊液中进行反应，得到制氢催化剂。该专利技术所制得的催化剂反应不易控制，且回收困难，造成浪费。其二，为化学镀催化剂，即将活性组分通过化学镀的方式吸附在载体表面，该种方法使反应控制方便，且回收方便。CN101347736A公开了一种制氢、储氢技术及材料，具体为一种用于硼氢化物催化水解制氢催化剂及其制备方法，解决粉体催化剂在催化水解固液反应体系中直接应用会造成催化剂流失、催化水解反应难于控制及水解副产物难于回收等问题。催化剂是由活性组分和载体组成，活性组分是由一种或数种过渡金属、稀土金属或贵金属和类金属组成的二元、三元或多元合金或贵金属单质及其组合；活性组分是通过改进的化学镀技术沉积于载体上，其表面粗糙、多孔，制得催化剂的结构是非晶或纳米晶结构。本专利技术所提供的催化剂的缺点是随着使用次数的增加，化学镀层极易从载体表面脱落，寿命短造成极大浪费。而后来利用泡沫金属为基体制得的催化剂很好的解决了上述二者的问题。CN101396665A公开了一种固定床雷尼催化剂、其制备方法及其改性的方法。所述固定床雷尼催化剂是由泡沫金属、铝粉、无机粘结剂、有机粘结剂、水和合金元素加工制备而成；所述的泡沫金属为泡沫镍、泡沫钴、泡沫铂或泡沫钯；所述合金元素为泡沫金属的0-1wt％，其可以是Mg、Ca、Sr、Ba、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Si、Zr、La、Ce、Mo、W中的一种或其中几种的混合物。本专利技术制备的固定床雷尼催化剂具有较高的催化活性，较强的机械强度和较长的使用寿命，可用于硼氢化物水解制氢领域。但是该专利技术所提供的催化剂的成型困难。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种成型简单，形状固定，应答性好，易于控制，可连续长期使用的廉价的一种用于硼氢化物水解制氢的催化剂、其制备方法，以推进氢能的应用，并提供了将所制备的催化剂用于催化制氢方面的具体方法。本专利技术的目的之一在于提供一种制氢催化剂，包括载体和涂布在所述载体上的活性组分；其中载体为多孔或泡沫金属材料，活性组分为过渡金属、稀土金属、贵金属、非贵金属中的一种或至少两种以上组成的二元、三元或多元合金，或是贵金属、非贵金属的单质或其组合。泡沫金属具有特殊的性能，如密度小孔隙率高，高比表面积，可透过流体等结构特征，采用泡沫金属作催化剂载体制备负载型催化剂，尤其是一种连续化带状泡沫金属或高强度超强结合力型泡沫金属，能够充分利用泡沫金属的优点，提供合适的孔结构，保证足够的机械强度和热稳定性，达到良好的催化效果。作为优选技术方案，本专利技术所提供的制氢催化剂的活性组分与载体的质量比为0.1％～200％。作为优选技术方案，本专利技术所提供的制氢催化剂的载体为连续化带状泡沫金属或高强度超强结合力型泡沫金属。优选地，所述连续化带状泡沫金属或高强度超强结合力型泡沫金属的孔数为40～310ppi，厚度为0.4～5.5mm，面密度为150～980/m2。优选地，所属金属为铝、镁、锌、钴、镍或锰，或其混合物。其混合物是指至少两种以上的混合，包括两种的混合物，如铝和镁的混合，或三种或三种以上的混合物，如镁、锌和钴的混合。作为优选技术方案，本专利技术所提供的制氢催化剂的活性组分为非贵金属。非贵金属如镍、钴、铬、钛、锌、铝、锰、镁等，由于其具有价格低廉、容易得到，而成为通常选择的一种催化剂。由具有高比表面积的连续化带状泡沫金属或高强度超强结合力型泡沫金属作为载体，由非贵金属作为活性组分，一方面催化剂的成本低，另一方面得到的催化剂的性能可与贵金属作为催化剂相媲美，其一它具有足够的催化活性。催化活性是衡量催化剂效能大小的标准。工业上通常以单位体积(或重量)催化剂在一定条件下，单位时间内所得到的产品数量来表示。其二它具有较高的选择性。催化剂的选择性是指催化剂作用的专一性，即在一定条件下，某一催化剂只对某一化学反应起加速作用。选择性通常以反应后所得指望产物的克分子数与参加反应的原料克分子数之比的百分数表示。其三它具有很好的稳定性。催化剂的稳定性是指催化剂在使用过程中保持其活性及选择性不变的能力，通常以使用寿命来表示。本专利技术的目的之一还在于提供一种所述的制氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将活性组分涂布于载体上；(2)高温烧结形成合金；(3)化学表面激活处理。本专利技术所提供的制备方法中的载体为了除去载体表面的有机或无机杂质，可以预先置于乙醇或多元醇或其他溶剂中震荡清洗一段时间。因此，作为优选技术方案，本专利技术所提供的制备方法中所述载体预先置于乙醇或多元醇或其他有机溶剂中震荡清洗1～48h，进一步优选10～30h。优选地，涂布过程中添加有机粘合剂，所述粘合剂优选甲基纤维素、羧甲基纤维素、淀粉或环糊精，或其混合物。涂布所用的浆料，主要采用选定的活性组分和粘合剂，加入水，搅拌，使其涂布均匀，浆料完全吸收，然后在30℃～120℃温度下干燥1～20h。作为优选技术方案，本专利技术所提供的制备方法的烧结温度为300℃～1800℃，优选500℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制氢催化剂，其特征在于，包括载体和涂布在所述载体上的活性组分；其中活性组分为贵金属或非贵金属中的一种或至少两种以上组成的二元、三元或多元合金；所述的载体为连续化带状泡沫金属或高强度超强结合力型泡沫金属；所述连续化带状泡沫金属或高强度超强结合力型泡沫金属的孔数为40～310ppi，厚度为0.4～5.5mm，面密度为150～980g/m2。2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述活性组分与载体的质量比为0.1％～200％。3.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述连续化带状泡沫金属或高强度超强结合力型泡沫金属中所述金属为铝、镁、锌、钴、镍或锰，或其混合物。4.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述的活性组分为非贵金属。5.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述活性组分为稀土金属。6.一种如权利要求1～5任一项所述的催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将活性组分涂布于载体上；(2)高温烧结形成合金；(3)化学表面激活处理。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述载体预先置于乙醇或多元醇或其他有机溶剂中震荡清洗1～48h。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述载体预先置于乙醇或多元醇或其他有机溶剂中震荡清洗10～30h。9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的涂布过程中添加有机粘合剂。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述粘合剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素、淀粉或环糊精，或其混合物。11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，涂布浆料的制备如下：采用选定的活性组分和粘合剂，加入水，搅拌，使其涂布均匀，浆料完全吸收，然后在30℃～120℃温度下干燥1h～20h。12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的烧结温度为300℃～1800℃，烧结时间为10min～10h。13.如权利要求12所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙元明，
申请(专利权)人：无锡爱尼达新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：