[发明专利]用于氧化/还原反应的铂基催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于氧化/还原反应的铂基催化剂及其应用。更具体地 说，本发明涉及一种用于氧化/还原反应的铂基催化剂及其应用，该催化剂是 通过将载体用催化剂组合物浸渍、干燥以及煅烧浸渍的催化剂组合物而制得 的，所述催化剂组合物含有选自铈、锆和铼中的至少一种金属的水溶性盐、 水溶性铂盐、烯化氧和水。当该催化剂被用于氧化/还原反应时，可以表现出 良好的催化活性。

背景技术

在许多化学过程中，水煤气变换反应是一个重要的反应步骤。特别是当 化石燃料，例如烃类或醇类，被重整用来生产近来倍受关注的用作燃料电池 燃料的氢气时，重整气中所含的一氧化碳在水蒸汽的存在下可以被转化成二 氧化碳，以致可以降低导致使燃料电池(特别是聚合物电极燃料电池)中电 极催化剂性能下降的一氧化碳的量，同时可以提高氢气产量，如下面的反应 方程式所示：

ΔH＝-41.1kJ/mol

水煤气变换反应广泛应用于需要大量氢气的大规模生产，例如石化工业 中，其催化剂是公知的。该反应是一个温和的放热反应，需要在低温下进行， 以便将一氧化碳的量降低到特定的或更低的浓度。通常，两类水煤气变换反 应器被用于商业化过程中。

水煤气变换反应包括在350-450℃的高温下进行的高温水煤气变换反应 和在190-260℃的温度下进行的低温水煤气变换反应[Catalyst Handbook 2^ndEdition(催化手册第二版)]。

用于高温水煤气变换反应的铁-铬氧化物催化剂的优点在于，在操作中 易于提高催化床的温度，但是这种催化剂在300℃(通常为350℃)或以下 显示出低的活性。根据热动力学平衡，用于低温水煤气变换反应的铜-锌-氧 化铝催化剂在190-260℃的温度下可以将一氧化碳处理到很低的浓度，但是 温度高于250℃时，容易失活，并且暴露于氧气时，有自动氧化的趋势，因 此在其替换时需要特别小心。由于这个原因，需要这样一种水煤气轮换催化 剂，其可以在250℃到350℃的温度范围内使用，具有高的活性，即使暴露 于氧气，其活性也不会急剧降低。

与这一需求相关的，例如，日本专利特开No.2004-000949、美国专利 No.6,846,475和日本专利特开No.2004-284912公开了满足这个要求的铂贵 金属催化剂。最近，报道了一种含有作为主成分的铂和负载在铈土、氧化锆 或二氧化钛这样的载体上的活性共催化剂的催化剂对水煤气变换反应十分 有用[Journal of Catalysis 225(2005)327-336，Catalysis Today 99(2005)257]。虽 然，已公知作为用于水煤气变换反应的铂基催化剂的催化剂载体，二氧化钛、 铈土和氧化锆都是优秀的。但是，很难赋予这些金属氧化物高的比表面积、 孔体积和力学强度，这些性质适合催化剂载体。因此，为了制备具有这些优 良性质的金属氧化物载体，人们付出了巨大的代价。

例如，日本专利特开No.2000-178007、韩国专利特开No.2004-0063130 以及美国专利No.6,723,298公开了以更经济和工业化有利的方式来制备催 化剂的方法，即在如氧化铝这样的具有大的比表面积、好的孔隙生长和高的 力学强度同时价廉的金属氧化物载体上添加铈或锆。

然而，这些已有技术为了增强添加铈等的效应[韩国专利特开No. 2004-0063130]，或者严格限制了铂前躯体，或者采用复杂的制备过程。特别 的是，为了使铂被负载到铈土上而不只是氧化铝上，过量的铈首先被负载到 如氧化铝这样的载体上，然后干燥、煅烧，在氧化铝载体表面形成铈土(氧 化铈)层。此后，铂水溶液又被负载到含有铈土的氧化铝载体上，干燥、煅 烧，从而制得催化剂[美国专利No.6,723,298和美国专利公开No. 2002/0061277A1]。