[发明专利]一种甲醇水蒸气重整制氢催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种甲醇重整制氢催化剂及其制备方法，所述甲醇重整制氢催化剂组成为ZnO‑ZrO₂/ZSM‑5分子筛，所述ZSM‑5分子筛为催化剂载体，所述ZnO‑ZrO₂为活性组分，所述ZnO‑ZrO₂为固溶体。本发明引入分子筛作为载体，通过所述ZSM‑5分子筛增加催化剂活性组分的分散度，并与活性组分发生协同作用。本发明的催化剂在380℃下达到最优性能，克服了传统ZnO基催化剂重整反应温度高的缺点，同时提高了甲醇转化率和H₂产率，降低CO选择性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种甲醇水蒸气催化重整制氢催化剂及其制备方法。

背景技术

随着世界石油储量的持续减少，地球生态环境不断恶化，能源和环境问题已经成为制约各国经济持续发展的重要因素，因此，开发新的洁净能源以及提高能源的利用率己经成为21世纪函待解决的问题。燃料电池是一种新型的直接将化学能转换成电能的发电装置，因其具有高能量转换效率、低噪音、零排放等一系列优点而倍受人们的关注，成为新能源材料研究开发的热点领域。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是所有燃料电池研究中比较成熟而最有希望得到工业应用的燃料电池，它可以应用于汽车、笔记本电脑以及手机等电子产品中。PEMFC的燃料是氢气，然而PEMFC商业化的最大障碍就是原料气-氢气的来源与储存。氢气由于价格高、安全性差、运输储存及加注困难，不宜直接车载。而以液体燃料即时(on-board)制氢可以克服氢气本身存在的问题。甲醇被认为是一种最佳氢载体，因其在所有可能利用的化石燃料中具有明显的优势。

用于甲醇水蒸气重整的金属基催化剂主要有镍系催化剂、铜系催化剂和贵金属催化剂。镍系催化剂虽然稳定性好，适用范围广，但其低温活性不高且反应出口CO含量过高，选择性差。贵金属催化剂虽然催化活性高、选择性好，但是其成本昂贵且容易失活。Cu基催化剂因其价格低廉且低温活性好的优点，是使用最为广泛的甲醇重整催化剂，但存在选择性和热稳定性差，高温下容易烧结失活的问题。

与金属基催化剂相比，金属氧化物催化剂具有使用前无需还原、不易烧结、制备方法简单且价格低廉等优点也被广泛研究应用。目前，工业上应用最广的甲醇水蒸汽重整制氢催化剂为CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂，由于锌铝的两性特点，共沉淀中Al的加入量需要严格控制，且对铜的分散、粒子尺寸及催化剂的表面积都有影响，进而影响催化剂的活性和稳定性。

以氧化锌作为活性组分的锌基催化剂在甲醇水蒸气重整制氢反应中的具有良好的稳定性和较高的选择性。但是，以氧化锌作为活性组分的锌基催化剂重整温度普遍高于400℃，在450℃左右才能获得较好的催化活性，这带来了反应高能耗。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种新型甲醇水蒸汽重整制氢催化剂及其制备方法，旨在克服现有甲醇水蒸汽重整制氢催化剂存在的催化活性不稳定、热稳定性差、反应选择性差、重整温度高的缺点。

本发明所采用的技术方案为：

一种甲醇水蒸气重整制氢催化剂，其中，所述催化剂的组成为ZnO-ZrO₂/ZSM-5分子筛，所述ZSM-5分子筛为催化剂载体，所述ZnO-ZrO₂为活性组分，其中，所述ZnO-ZrO₂为固溶体。

所述的甲醇水蒸气重整制氢催化剂，其中，所述ZnO-ZrO₂固溶体中ZnO摩尔分数为10%-80%。

所述的甲醇水蒸气重整制氢催化剂，其中，所述ZnO-ZrO₂与ZSM-5分子筛的两种组分的质量比为0.5-5:1。

所述的甲醇水蒸气重整制氢催化剂，其中，所述ZSM-5分子筛的粒径为6-12nm，比表面积为120-200m²·g^-1。