[发明专利]一种高温质子膜催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高温质子膜催化剂及其制备方法和应用，所述高温质子膜催化剂包括高温质子膜载体以及负载于高温质子膜载体上的金属M，所述高温质子膜载体为ABOx复合金属氧化物，A表示三价金属，B表示四价金属，所述A和B的摩尔比为1：0.5~5；所述金属M表示Ru、Fe或Ni，金属M在高温质子膜载体上的负载量为0.5~10wt.%。本发明的高温质子膜催化剂在氨分解制氢反应中具有良好的催化效率，氨分解的转化率可高达99.5%以上，且在催化氨分解制氢的同时也能实现氢气的分离。

技术领域

本发明涉及一种高温质子膜催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境污染和能源短缺的日益严重，世界各国愈发关注能源与环境的可持续发展问题，氢能是一种非常清洁的二次能源，具有传统能源所没有的优势。氢能的规模化利用涉及氢的生产、储存和运输、应用三个相应环节。但是氢的易燃易爆等特性决定了很难找到合适的容器或管道材料来安全有效地储存运输它。

氨是一种理想的氢载体，具有储氢密度高、易于液化、生产储运技术成熟等优点。与其他制氢技术相比，氨分解制氢技术无CO_x污染，流程简单，装置一小型化，储存安全可靠，设备简单，具有更大的经济效益。目前，常用的氨分解催化剂主要包括Ru、Fe、Ni等。其中，Ru基催化剂低温活性最高，一般Ru基催化剂用活性炭做载体，存在甲烷化和机械强度较差等缺点，同时需要加大量的碱性助剂为Ru提供电子。中国发明专利申请号201711336907.5公开了一种以稀土氧化物为载体，以钌为活性组分的负载钌催化剂，该专利制备的负载钌催化剂具有金属分散度高、催化活性好、稳定性好等优点，可用于催化氨分解制氢过程，具有良好的工业应用前景。另外由于Ru的价格昂贵，高负载量的Ru催化剂会使催化剂成本过高，无法用于规模化生产。

Fe基催化剂一般用熔融法制备，具有机械强度高、价格低廉等优点，但是低温活性较差，无法在较低温度下（如400-500℃）做氨分解催化剂。中国发明专利申请号201910125806.6公开了一种采用熔融法制备氨分解制氢催化剂。该专利制备的负载铁催化剂，具有活性温度低，氨转化率高，生产工艺简单、稳定性好、制造成本低、适合工业化应用等特点。而Ni基催化剂一般用碳纳米管（CNT）做载体，但Ni的活性明显低于Ru和Fe。

在氢气分离的过程中，氢源中杂质的组分和含量不同，所以针对不同的环境采用不同的分离方法纯化氢气。常用的氢气分离技术在技术上已经非常成熟，常用的分离氢气的方法有深冷法、选择吸附法、金属氢化物净化法和膜分离法。其中膜分离法是利用膜对特定气体组分具有选择性渗透和扩散的特性来实现气体分离和纯化的目的。

高温质子膜是一种能够在高温下将含有氢气混合气中的氢气分离出来的薄膜，具有较好的耐热性能和化学稳定性，而机械性能良好。中国发明专利申请号200810207365.6公开了一种射频溅射法制备BaCeO₂高温质子导体薄膜的方法。该专利采用了射频溅射法，用多孔材料为基底，溅射制得了一种耐高温、使用寿命长、韧性好、透氢率高的极薄高温质子导体薄膜。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高温质子膜催化剂及其制备方法和应用，本发明的高温质子膜催化剂在氨分解制氢反应中具有良好的催化效率，且在催化氨分解制氢的同时也能实现氢气的分离。

所述的一种高温质子膜催化剂，其特征在于包括高温质子膜载体以及负载于高温质子膜载体上的金属M，所述高温质子膜载体为ABOx复合金属氧化物，A表示三价金属，B表示四价金属，所述金属A和金属B的摩尔比为1：0.5~5；所述金属M表示Ru、Fe或Ni，金属M在高温质子膜载体上的负载量为0.5~10wt.%。

所述的一种高温质子膜催化剂，其特征在于所述三价金属为La、Sm、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb或Lu，四价金属为Ce、Ge、Sn、Tb或Dy。

所述的一种高温质子膜催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：