[发明专利]一种镀铝金属载体消氢催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镀铝金属载体消氢催化剂及其制备方法，具体涉及一种用于核电站非能动消除氢气的催化剂及其制备方法，属于催化剂应用领域。

背景技术

核电厂压水堆发生失水事故(LOCA)后，由于冷却剂丧失和应急备用冷却剂注入的失败，燃料温度急剧升高，导致主系统中残留蒸汽与燃料外壳中锆之间发生高温反应。在严重事故状况下，燃料外壳有可能被完全氧化，该反应为放热反应，并产生大量氢气。该反应所产生的氢气随蒸汽一起从主系统破损处进入反应堆安全壳环境之中。另外，水的辐照分解及堆芯熔融物与混凝土的反应，也将产生大量的氢气。在严重的事故中，氢气的释放速率可达1公斤／秒的数量级。除非采用了某些系统以维持氢气浓度处于其自燃极限之下，否则安全壳气氛内氢气的富集量会大大增加，从而在安全壳内生成潜在爆炸气体混合物。之后偶然的一次点火，会因大量氢气的燃烧或爆炸而危及安全壳的完整性。

为了防止在安全壳内形成这类爆炸性气体混合物，人们探讨了各种不同的装置和方法。这些装置例如有催化式或加热式复合器，催化和电动式点火器或前述几种装置的组合，以及反应堆安全壳的持续或事后惰性化处理方法。以往核电厂的消氢系统如电热复合消氢、加热式催化消氢系统和电动式点火器等均是针对设计基准事故工况下的消氢，不能满足超设计基准事故工况下的消氢要求。其原因有三点：一、需能源供应；二、需要人为干预；三、氢气处理量较小。电动式点火器的另一个缺点是对燃烧区域和燃烧类型的不确定性。

一般以金属为载体的消氢催化剂，负载贵金属活性成分。这样的催化剂具有较高的消氢效率，但是，这些金属载体催化剂也存在着一些缺点。由于金属载体表面无孔、比较光滑，不易负载催化剂层，且催化剂层与金属载体的膨胀系数不匹配，导致催化剂层与金属载体层的结合度低，容易脱落；金属载体比表面积较小，不易吸附催化剂，且催化剂在金属载体表面分散性不好，故需多次涂覆催化剂才能达到所需催化剂的量，以达到较好的活性，导致制备工艺复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镀铝金属载体消氢催化剂及其制备方法，所述催化剂中催化剂层与金属载体的结合强度高，导热性好，活性组份分散均匀，催化剂层的活性好，具有启动温度低、活性高、抗毒性能力强、适应高温、高湿环境的特点，制备方法简单，成本低。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种镀铝金属载体消氢催化剂，所述催化剂由金属载体层、γ-Al₂O₃多孔材料层和催化剂层组成，γ-Al₂O₃多孔材料层锚接在金属载体层上，催化剂层涂覆或浸渍于γ-Al₂O₃多孔材料层表面。

所述金属载体层材料为镀铝钢板或镀铝合金；形状为平板状或波纹状，其中平板状结构为无孔板、穿孔板或金属网，波纹状结构为无孔板、穿孔板或金属网；金属载体层厚度为0.3～1mm。

所述γ-Al₂O₃多孔材料层厚度为10～100μm。

所述催化剂层由具有催化活性的贵金属和助剂组成；其中，贵金属为Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Ag和Au中的一种或多种，重量为金属载体层的0.3～1.5%；助剂以氧化物的形式存在于催化剂层上，为Na、K、Cr和稀土金属中的至少一种；所述稀土金属为La、Ce、Pr、Nd；助剂为催化剂层总重量的0.1～6.5%。

本发明所述的一种镀铝金属载体消氢催化剂的制备方法步骤如下：

（1）对金属载体层进行清洁，干燥；

（2）将步骤（1）处理过的金属载体层进行阳极氧化，使得镀铝层完全氧化成Al₂O₃，然后腐蚀扩孔，洗净并干燥；

（3）在扩孔后的Al₂O₃表面涂覆或浸渍活性Al₂O₃溶胶；

（4）将步骤（3）得到的产品烘干后焙烧，得到具有多孔性质的γ-Al₂O₃载体层；其中烘干温度为80～120℃，时间为2～6小时；焙烧温度为300～750℃，优选400～500℃，时间为2～6小时；

（5）用贵金属的盐类或酸类，配制成贵金属含量为0.05～0.30g/ml的溶液，向溶液中加入助剂，得到具有催化活性的溶液；