[发明专利]一种用于氨分解制氢的赤泥负载镍催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种催化剂，具体的说是一种用于氨分解制氢的赤泥负载镍催化剂及其制备方法。

背景技术

赤泥是氧化铝生产过程中排出的固体废渣，具有强碱性和放射性，因含大量氧化铁呈红色而被称为赤泥，为污染性废渣。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。。由于矿石品位、生产方法和技术水平的不同，每生产一吨氧化铝大约要排放0.3-2.5t赤泥。目前，我国赤泥综合利用率仅4%，累积堆存量已达几亿吨，随着我国氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低，赤泥的年产量还将不断增加。我国氧化铝厂大都采用露天筑坝的方式堆存赤泥，这种处置方式不仅占用大量土地，浪费资源，赤泥中的碱还会向地下渗透，造成地下水体和土壤污染；裸露赤泥形成的粉尘随风飘散，也会污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。因此，如何处理氧化铝生产过程排放的大量赤泥，减少环境污染是氧化铝行业急需解决的难题。

拜耳法赤泥富含赤铁矿(α-Fe₂O₃)、Al₂O₃和SiO₂，CaO和Na₂O含量相对较低；具有多孔架空结构，比表面积较大，是一种具有应用潜力的催化材料。而且，利用工业废弃物研究开发商业催化剂替代品，不仅能有效降低催化剂成本，更能实现工业废弃物的高附加值资源化利用。

近年来，利用拜耳法赤泥制备催化材料成为科研工作者研究的热点：论文J. Hazard. Mater. 203-204 (2012) 264-273制备出活性赤泥，该催化材料对CO低温氧化具有较高的活性。论文Environ. Sci. Technol. 41 (2007) 3758-3762制备了拜耳法赤泥负载钌催化剂Ru/RM，该催化剂表现出较高的氨分解活性和产氢率。论文Ind. Eng. Chem. Res, 51 (2012) 15351-15359制备了拜耳法赤泥负载钴催化剂Co/RM，这种催化剂对苯酚降解呈现出很好的性能。

发明内容

本发明采用一种简便的方法，制备出具有介孔结构和高比表面赤泥负载镍催化剂（Ni/MRM）。所制得的催化剂孔径分布范围窄、比表面积高、粒径小且分布均匀；测试结果表明能有效提高其氨分解制氢的催化性能。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种赤泥负载镍催化剂的组份包括赤铁矿(α-Fe₂O₃)、晶型是γ型的氧化铝（γ-Al₂O₃）、石英(SiO₂)和镍（Ni），其中镍（Ni）的质量百分含量为3-15%，为介孔材料，具有虫洞状介孔结构，孔径为3.6-4.8 nm，比表面积为184 m²/g；赤泥负载镍催化剂中Ni的质量百分含量是可控的，优选为12%。

一种用于氨分解制氢的赤泥负载镍催化剂的制备方法，其具体制备步骤为：

步骤一、在常温下，按照赤泥和水的重量比为1:4的比例取赤泥和水，在磁力搅拌下将赤泥与水混合，形成混合物，备用；

步骤二、在80-90℃下，将体积为上述步骤一所取水体积1.5倍的6mol/L的盐酸水溶液在磁力搅拌下加入到上述一所制备的赤泥水溶液中，继续在该温度下磁力搅拌2-3小时后得到混浊液，将其冷却至室温，备用；

步骤三、在上述步骤二所制备的混浊液中滴加质量百分比为28%的氨水，将pH值调节为8，然后在50-70℃温度下进行磁力搅拌，老化1-2小时；接着，以40 kHz的频率超声处理15-30分钟后，以10000 r/min离心，对离心所得产物进行洗涤后，80-110℃的温度下烘干10-12小时，制备出粉体的改性赤泥；

所述的洗涤方式为在离心分离产物中加入蒸馏水，搅拌混合充分后，以10000r/min的转速离心5-10min分钟后，取出上层溶液，剩余沉淀物中再次加入蒸馏水或乙醇，进行下次洗涤。