[发明专利]一种碘化氢催化分解用催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碘化氢催化分解用催化剂及其制备方法，属于催化剂的制备技术领域。

背景技术

氢能被认为是最理想的二次能源，积极开发氢能已成为许多国家的能源战略。然而传统的制氢方法如甲烷蒸气重整、水电解等都存在一些自身难以克服的缺点，因此研究清洁、高效、可持续的制氢方法越来越成为人们关注的焦点。热化学循环分解水的研究始于上世纪60年代末，如今文献上已报道了上百种循环，而碘硫(IS)循环制氢被认为是最有前景的循环之一。IS循环由美国GA(General Atomic Company)公司上世纪70年代发明，美、日、法、韩等国都将IS循环作为未来核能制氢的首选流程进行研究。该过程由3个反应组成：

(1)Bunsen反应：SO₂+I₂+2H₂O→2HI+H₂SO₄(120℃)，放热反应；

(2)硫酸分解反应：H₂SO₄→H₂O+SO₂+1/2O₂(830-900℃)，吸热反应；

(3)碘化氢解反应2HI→H₂+I₂(300-450℃)，吸热反应。

净反应为水分解：H₂O→H₂+1/2O₂。

其中碘化氢分解是IS循环中的产氢步，研究和开发碘化氢分解催化剂具有重要的意义。早在上个世纪20年代，英国学者就发现在金丝和金属铂表面都可以发生碘化氢催化分解反应。20世纪50年代，英国专利British Patent 796，049，049(Process for the recoveryof iodine from the hydrogen iodide，1958年6月4日)))提供了一种碘化氢催化分解回收碘的工艺，该工艺所用的催化剂为无定型碳或活性碳。20世纪70年代美国GA公司碘硫循环制氢工艺的提出迎来了碘化氢分解催化剂研究的热潮。美国GA公司研究的碘化氢分解催化剂主要为活性碳或氧化铝负载的铂或镍催化剂，日本学者研究的碘化氢分解催化剂主要为负载的VIIIB或IB族金属催化剂。专利公开和文献报道的碘化氢分解用催化剂多为负载型单金属催化剂，其中以负载型铂催化剂碘化氢分解催化活性最高，但是负载单金属铂催化剂在碘化氢分解反应中的稳定性和寿命并不理想，随着实验的进行，负载的金属铂离子容易出现团聚，铂粒子粒径明显增大，催化活性降低。因此，负载型单金属铂催化剂难以满足碘硫循环长时间运行的需要。

制备方法是影响催化剂性能的重要因素之一，文献报道，关于碘化氢分解用负载型金属催化剂的制备方法主要有浸渍-氢还原(如日本专利JP54112391-A，Catalyst for hydrogeniodide decomposition-comprises PTFE support carrying Gp＝VIII or Gp＝IB metal，1979年9月3日)和浸渍高温焙烧法(文献Bulletin of the Chemical Society of Japan，1981，54(3)：742报道的方法，活性碳浸渍氯铂酸后在氩气氛中727℃下焙烧6h)。前者未制氢先耗氢以及后者的高温制备条件分别是这两种方法自身难以克服的缺点。

发明内容

为了解决负载单金属铂催化剂在碘化氢分解反应中存在的稳定性差和寿命短的问题，以及为了克服传统方法制备碘化氢分解用催化剂存在的制备工艺复杂、成本高的缺点，本发明提供了一种碘化氢催化分解用催化剂及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种碘化氢催化分解用催化剂，其特征在于该催化剂以碳载体为载体，负载活性金属铂和第二种活性金属，所述的活性金属铂占载体质量的0.05～50％，第二种活性金属占载体质量的0～20％，所属的第二种活性金属采用过渡金属。

本发明所述的碳载体采用碳纳米管、碳分子筛、石墨、碳纤维或碳黑。所述的过度金属为钯、铱、钌、铑、钼、钴或镍。

本发明还提供了一种所述的碘化氢分解用催化剂的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)采用浸渍的方法，将碳纳米管、碳分子筛、石墨、碳纤维或碳黑载体浸渍上含有铂元素的化合物和过渡金属元素的化合物的溶液，铂元素占载体质量的0.05～50％，过渡金属元素占载体质量的0～20％；

2)将浸渍后的载体，在室温至200℃条件下干燥，即得到碘化氢分解用催化剂。