[发明专利]一种用于氨分解制备零COx氢气的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂及其制备技术领域，涉及催化剂及其制备方法，具体涉及一种用于氨分解制备零CO_x氢气的催化剂及其制备方法。

背景技术

氨的多相催化分解与合成一直是人们广泛研究的重要反应之一。在理论方面，氨分解作为氨合成的逆反应以及肼分解的子反应，其高效催化剂的深入研究将对人工固氮和肼分解具有极其重要的意义。

氨分解的研究在工业实际应用中也是非常必要的。质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢气为燃料源，无污染、无噪音，能量转化效率40～60％。但是目前制氢和储氢技术，还不能满足燃料电池对氢源的苛刻要求。采用甲醇或甲烷(储氢能力分别为质量分数12％和25％)催化裂解等方式制备氢气，产物中含有少量难以消除的COx(x＝1，2)，其中ppm级的CO就会使燃料电池的Pt电极中毒，而CO₂是温室气体会污染环境。于是，人们将目光投向了制备无COx的氢气燃料过程的研究。

氨催化分解产物是无污染的氢气和氮气，不含对氢燃料电池的电极有毒害作用的物质，未分解的氨气适当处理后其体积分数可降低到200×10^-9以下。氨气的储存和运输也比较方便，室温、0.8MPa左右条件下，氨气便能以液体形式存在。另外，氨气来源广泛，可人工合成；氨气的储氢能力(质量分数17.7％)和能源密度[3000(W·h)/kg]明显高于甲醇等碳氧化合物，从而能够降低成本。氨分解制氢具有设备投资少、占地面积小、维修方便和节能降耗等优点。R Metkemeijer等(R.Metkemeijer，P.Achard.Ammonia as a feedstock for a hydrogen fuel cell；reformer and fuel cell behaviour.J.Power Sources，1994，49(1-3)：271-282.)人认为与其它氢源相比，液氨具有成本较低，能源利用率较高的优点。R Z等(Rasmus ZinkLaerke J.E.Nielsen，Jensen，Ole Hansen，Tue Johannessen，Ulrich Quaade，Claus Hviid Christensen.Catalytic ammonia decomposition：miniaturized production of COx-free hydrogen for fuel cells.Catalysis Communicataions，2005，6(3)：229-232.)利用Ru基催化剂催化分解氨制备的氢气，已经成功实现了功率为1W的燃料电池的正常运转。总之，氨催化分解制备不含COx的氢气，无疑是原位制氢的氢燃料电池的理想氢源，适用于将来的小型移动平台——如燃料电池驱动的电动汽车上，可解决困扰以甲醇等含碳物质所制备的氢源中，CO对电极的毒害作用这一技术难题，成为人们降低燃料电池成本和开发无CO燃料的一个新亮点。

目前，用于氨催化分解的催化剂主要以Fe，Ni，Ru等为主。但是由于铁催化剂抗毒性太差、容易失活；镍催化剂反应条件苛刻、能耗高、寿命短；Ru基催化剂原料昂贵难得、制备复杂以及活性组分易流失等，限制了这些催化剂的推广应用。

中国专利CN1067654C公开了一种双组元大比表面积过渡金属氮化物的制备方法，该方法采用NH₃为氮化剂，而NH₃在氮化过程中很容易发生水热烧结，从而阻碍大比表面积的金属氮化物的生成。同时该方法对于设备性能的要求也比较高，且稳定性差、不易于操作，还会对环境造成一定程度的污染。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的首要目的在于提供一种用于氨分解反应制备零CO_x氢气的催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备的催化剂，该催化剂具有高活性和稳定性，可以更好地解决燃料电池氢源的制备问题。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于氨分解制备零CO_x氢气的催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)载体的活化：将2g载体加入到80～100ml浓硝酸中，在100～140℃下加热回流2～4h，然后过滤并用水洗至滤液呈中性，再于100～120℃干燥6～12h，得到活化后的载体；所述硝酸为分析纯的浓硝酸；所述载体为碳纳米管。