[发明专利]一种用于富氢中选择氧化CO催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢气中一氧化碳选择氧化的催化剂，具体的说是具有多极结构的用于富氢条件下选择氧化CO催化剂的制备方法。

背景技术

燃料电池是一种能量转换密度高、对环境友好、可靠性高及维护性好等优点的新型发电装置，被称为继水力、火力、核能之后第4代发电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是21世纪最有吸引力的发电方法之一，其中以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池因其重量轻，体积小，不产生二次污染物，在低温具有较高的能量利用率等特点而被广泛研究和应用，燃料电池越来越被人们认为是将来一个理想的机动车，小工厂等的能量来源[Luengnaruemitchai A，Osuwan S，Gulari E.Selectivecatalytic oxidation of CO in the presence of H₂ over gold catalyst[J].Int Jhydrogen Energy，2004，29：429-435；Kandoi S，Gokhale A A，GrabowL C，et al.Why Au and Cu are more selective than Pt for preferential oxidationof CO at low temperature[J].Catal Lett，2004，(12)：93-100；侯中军，俞红梅，衣宝廉，等.质子交换膜燃料电池阳极抗CO催化剂的研究进展[J].电化学，2000，(4)：379-380.]。PEMFC的燃料是富氢气体，目前，生产氢的主要途径是通过液体有机燃料、天然气重整或部分氧化、辅助以水煤气变换反应等。来自燃料处理单元的重整气包含45％～75％H₂、15％～25％CO₂、0.5％～2％CO、少量H₂O和N₂[Seong Ho Lee，Jaesung Han，KwanYoung Lee.Development of 10-KW preferential oxidation system for fuelcell vehicles[J].J Power Sources，2002，109：394-402.]。燃料电池在低温下工作，采用Pt为电催化剂，通常是分散在碳黑中，在此温度范围铂对CO非常敏感。CO对Pt是一种很强的毒物，极易吸附于催化剂的表面，阻碍燃料的催化氧化，而且只要有大于10-ppm的CO就可以给电池阳极带来很大的过电势，从而使燃料电池的利用率降低[S.Gottesfeld，J.Pafford，J.Electrochem.Soc.135(1988)2651]。去除燃料电池富氢气体中CO的方法通常有吸附法，Pd膜分离法，CO甲烷化法和CO选择性氧化法。吸附法容量有限，设备体积庞大；Pd膜分离成本高，并需要较高温度操作(350～500℃)；甲烷化法1mol的CO消3mo的H₂，且重整气中还有20％左右的CO₂，容易发生甲烷化，消耗大量的H₂。相比之下，CO选择性氧化是去除富氢气体中CO的最简单有效的方法。研究的最多的一氧化碳选择氧化的催化剂是Al₂O₃担载的Pt，Rh，Ru等贵金属催化剂。对非贵金属催化剂的研究也主要局限于铜/鈰催化剂体系。这些催化体系存在一些缺点：1)催化剂活性和选择性达不到燃料电池的要求；2)催化剂的最佳反应温度远高于燃料电池的工作温度；3)催化剂抗水蒸气和/或CO₂的能力差。这些缺点阻碍了催化剂在燃料电池系统中的应用。目前，燃料电池工业领域急需一种高活性，高选择性，高抗水蒸气和/或CO₂能力的催化剂。

发明内容

本发明的目的在于制备可用于质子交换膜燃料电池富氢条件下选择氧化CO的具有多极结构的高活性，高选择性，抗水蒸气和/或CO₂能力的催化剂。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于富氢中选择氧化CO催化剂的制备方法，催化剂为以氧化硅为载体的负载型催化剂，其以铂和铁为活性组份，催化剂中Pt的担载量为0.1-8wt％，Fe的担载量为0.1-8wt％，制备工艺如下：

1)按所需比例称取氧化硅(粒径为2-3mm)、可溶性铂盐和铁盐；