[发明专利]一种用于甲烷制氢的复合Fe3O4型结构化催化剂及制备方法

权利要求书

1.一种用于甲烷制氢的复合Fe₃O₄型结构化催化剂，其特征在于，所述的催化剂由堇青石蜂窝陶瓷载体和附着在堇青石蜂窝陶瓷载体表面的附着物组成，附着物由Fe₃O₄和辅助组分组成，辅助组分为Mn、Zr、Ni、Co、Cu、Cr、W、V、Ti、Al中一种或一种以上元素的氧化物，且辅助组分中的金属元素总摩尔量为Fe₃O₄中铁元素摩尔量的1—30%。

2.根据权利要求1所述的用于甲烷制氢的复合Fe₃O₄型结构化催化剂，其特征在于，所述的辅助组分中的金属元素总摩尔量为Fe₃O₄中铁元素摩尔量的5-20%。

3.一种权利要求1所述的用于甲烷制氢的复合Fe₃O₄型结构化催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

第一步：预处理堇青石蜂窝陶瓷载体：取截切成长度为5-6厘米的呈圆柱体的堇青石蜂窝陶瓷载体，该堇青石蜂窝陶瓷载体每平方厘米60-62孔，重量为10-13克；用砂纸将堇青石蜂窝陶瓷载体的外表面打磨平整后，将堇青石蜂窝陶瓷载体先置于冰醋酸中浸泡1~2小时，然后用蒸馏水冲洗，接着置于温度为110-120℃的干燥箱中干燥1—1.5小时，随后置于马弗炉中500~900℃焙烧2~3小时，最后在空气中自然冷却，制得经过预处理的堇青石蜂窝陶瓷载体；

第二步：制备辅助组分溶液：按照辅助组分中的金属元素总摩尔量为Fe₃O₄中铁元素摩尔量的1-30%，称取铁元素的一种可溶性含氧酸盐和辅助组分中的至少一种可溶性含氧酸盐，然后将铁元素的可溶性含氧酸盐和辅助组分的可溶性含氧酸盐进行混合，用蒸馏水或醇溶解，配制成金属离子物的摩尔浓度为1.0-2.0mol/L的辅助组分溶液；

第三步：向第二步制备的辅助组分溶液中加入沉淀剂，在20—100℃条件下反应2—8小时，使辅助组分溶液中的金属离子完全沉淀；沉淀剂是尿素、氨水或者季铵类化合物，沉淀剂与辅助组分溶液中的金属离子物的摩尔比为2—8；

第四步：采用抽滤方式，过滤第三步中沉淀的金属离子，金属离子截留在滤饼上，用蒸馏水水洗滤饼至中性，再用无水乙醇清洗滤饼，置换滤饼中的水份，形成仅含有金属离子的滤饼；

第五步：在110-180℃条件下干燥第四步制备的仅含有金属离子的滤饼，直至滤饼的重量不再改变；

第六步：在马弗炉中于300—900℃下焙烧第五步干燥的滤饼2—15小时，然后置于空气中自然冷却到室温，制得用于甲烷制氢的粉末状催化剂；

第七步：将第六步制得的粉末状催化剂加入蒸馏水，粉末状催化剂和蒸馏水的质量比为2：3-2：5，同时加入拟薄水铝石，拟薄水铝石的加入量为粉末状催化剂质量的10%~30%，将粉末状催化剂、蒸馏水和拟薄水铝石的混合物放入球磨机中球磨10-60分钟，制得浆液；

第八步：将第一步经过预处理的堇青石蜂窝陶瓷载体放入第七步制得的浆液中，充分浸没10-30分钟后，取出用压缩空气吹去堇青石蜂窝陶瓷载体表面多余的浆液，制得涂覆有浆液的堇青石蜂窝陶瓷载体；

第九步：将第八步制得的堇青石蜂窝陶瓷载体在110-200℃条件下干燥，直至堇青石蜂窝陶瓷载体的重量不再改变；

第十步：将第九步干燥后的堇青石蜂窝陶瓷载体在300-900℃条件下焙烧2—8小时，然后置于空气中自然冷却到室温，制得用于甲烷制氢的复合Fe₃O₄型结构化催化剂。

4.根据权利要求3所述的用于甲烷制氢的复合Fe₃O₄型结构化催化剂的制备方法，其特征在于，所述的第六步和第十步中，焙烧温度均为400~800℃。

5.根据权利要求3所述的用于甲烷制氢的复合Fe₃O₄型结构化催化剂的制备方法，其特征在于，所述的第二步中，铁元素的一种可溶性含氧酸盐是醋酸盐、硝酸盐或亚硝酸盐，辅助组分中的至少一种可溶性含氧酸盐是亚硝酸盐或硝酸盐。