[发明专利]一种低温催化燃烧整体式催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温催化燃烧整体式催化剂及其制备方法，具体地讲涉及一种以涂敷铝 胶的多孔材料基体为载体的低温催化燃烧整体式催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，能源和环境危机问题日渐突出，质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)具有能量转换效率高、无污染、噪音低、适应不同功率要求 等优点，作为固定式电源(如电站)和用于电动汽车、潜艇、航空航天等方面的移动式电源 都具有广阔的应用前景，被认为是21世纪理想的高效节能、环境友好的能源形式之一。燃料 电池及其供氢系统的研究相应的也成为一个热点。PEMFC系统主要包括甲醇重整(含原料汽化 )制氢、气体净化和催化燃烧3个部分。其中，催化燃烧部分的作用是将净化器尾气和燃料电 池尾气中的可燃性气体(H₂、CO等)完全氧化，并将热量提供给重整反应器，从而使能量得以 回收。对于甲醇水蒸气重整来说，此反应强吸热，PEMFC系统中含氢尾气的燃烧并不能提供足 够的热量，因此还需燃烧部分氢气/甲醇来给重整器供热，达到甲醇制氢系统(Methanol fuel processor for fuel cell)制氢所需温度。燃料电池甲醇制氢系统中的燃烧催化 剂必须对催化燃烧含氢尾气和液体甲醇都具有高活性。

专利申请CN101116815公开了用于甲醇、氢气、甲烷和天然气等催化燃烧的非均布催化 剂，由占催化剂重量的0.01-5％的金属氧化物活性组分与占催化剂重量95-99.99％的氧化铝 载体组成。其催化剂的制备方法为：先将活性氧化铝置于碱性沉淀剂中进行预饱和处理，然 后在高温下短时间烘干，浸渍于含有金属离子的盐溶液中，经过干燥、焙烧得到催化剂产品 。在该催化剂作用下，气体的起燃点降低，气体的转化率升高。但是其缺点是传质传热性能 较差，阻力降较大，燃烧温度较低，燃烧时氧醇比或氧氢比较高。

发明内容

本发明提供的一种低温催化燃烧整体式催化剂及其制备方法，该催化剂活性好，对甲醇 、甲烷、氢气等的选择性都很高，具有气体的起燃点低、燃烧效率高、耗氧量低、传质传热 性能好、阻力降小等优点，其制备方法简单，成本较低。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种低温催化燃烧整体式催化剂，包括活性组分Pt、作为催化剂助剂的过渡金属氧化物 、多孔材料基体，还包括铝胶，铝胶涂敷在多孔材料基体上；Pt的含量为催化剂的 0.1-5wt％，过渡金属氧化物以金属元素计含量为催化剂的0.1-5wt％，铝胶含量为催化剂的 2-10wt％，优选为3-5wt％，其余为多孔材料基体；所述Pt与过渡金属氧化物中的金属元素的 摩尔比为1∶1-20，优选为1∶1-10。

所述过渡金属氧化物中的过渡金属为Mn、Fe、Co、Ni、Cd、Zn中的一种或其中几种的混 合物。

所述多孔材料基体为堇青石载体。

一种低温催化燃烧整体式催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将Pt的可溶性前驱体与过渡金属的可溶性盐溶于水中，优选为去离子水，并在水 浴中预热；

(2)将涂敷铝胶的多孔材料基体在所述预热后的溶液中浸渍，干燥后，在惰性气体气 氛中，于100-160℃下预焙烧1-3h，再于300-1000？焙烧2-5h，焙烧温度优选为300-800℃；

(3)将步骤(2)中的产物在H2-惰性气体混合气气氛中，于300-800℃下还原2-5h， 即得。

所述步骤(1)中Pt的可溶性前驱体为氯铂酸或硝酸铂。

所述步骤(1)中过渡金属的可溶性盐为硝酸盐。

所述步骤(2)中干燥为微波干燥。

所述步骤(2)和(3)中惰性气体为氮气或氦气。