[发明专利]负载型制氢用镍金属催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了负载型制氢用镍金属催化剂及其制备方法和用途。该负载型制氢用镍金属催化剂包括：Al₂O₃载体、NiMAl‑LDHs型水滑石和NiMAl‑LDO型水滑石，所述NiMAl‑LDHs型水滑石和NiMAl‑LDO型水滑石负载在所述Al₂O₃载体的至少部分表面；其中，M选自Mg²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺中的至少之一。该负载型制氢用镍金属催化剂具有优异的制氢反应活性和稳定性及材料结构稳定性，且具有制备方法简单、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体而言，本发明涉及负载型制氢用镍金属催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

氢气作为一种清洁无污染的二次能源被广泛应用在化工和炼油工业，有助于解决我国化石能源紧缺及环境污染日趋严重等问题。氢气热值高，燃烧仅产生水，无碳排放。天然气的主要成分为甲烷(CH₄)，在所有烃类中具有最高碳氢比，被认为是最合适的制氢资源。以甲烷为原料的制氢技术中，甲烷水蒸气重整的技术最为成熟，制得的产品气中H₂/CO的比例也较高，适合于高氢含量的合成气制备。

甲烷水蒸汽重整是吸热反应，反应温度一般在700～900℃。提高反应温度可提高甲烷的转化率，但容易造成催化剂积碳，这不仅增加了能耗，也容易引发催化剂的烧结而失活。Ni/Al₂O₃是最常见的镍基催化剂，适用的反应条件为：水碳比为3～3.5，反应温度为820℃，反应压力为1.5～3.0MPa，甲烷转化率可以达到90％～92％。Ni/Al₂O₃催化剂性能好，但易发生烧结或产生积碳而失活。因此，有必要通过一些方法，如添加助剂和选择合适的载体，来提高催化剂的活性和稳定性。

活性组分Ni在催化剂中以NiO的形式存在。为激活催化剂，需要在使用前进行高温还原。适当提高Ni的负载量和Ni的分散度，可以提高催化剂的活性，但过量的Ni负载量会导致Ni的聚集，造成其分散度降低，从而降低催化剂的活性。

Journal of Natural Gas Science and Engineering 2015,25:359-366中采用反向微乳液和沉淀技术制备Al₂O₃，分别获得氧化铝空心球(HS)和氧化铝纳米颗粒(NP)结构，发现Ni/Al₂O₃纳米颗粒(NP)催化剂由于其更好的金属位点分布而具有较好的催化活性，Ni/Al₂O₃中空心球(HS)型催化剂则显示出较低的活性。核壳结构催化剂由于壳层对纳米粒子的物理限域效应而表现出优异的稳定性，其制备方法主要包括原子层沉积、微乳液、氨蒸发以及水热合成等，这些方法可以精确控制壳层厚度和孔径分布。Applied catalyst B:Enviromental2020,118921中采用AlN降解方法，在Ni/AlN催化剂表面合成稳定的Al₂O₃壳层，Ni²⁺容易进入AlN四面体而形成强相互作用，产生化学限域效应，有助于Ni NPs的分散和稳定。AlN还具有较高的热导率，有利于催化剂的传热。该核壳催化剂既具有物理限域，又存在化学限域，在DRM过程中可以有效提高抗积碳和抗烧结性能。

然而，现有的负载型制氢用镍金属催化剂仍有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出负载型制氢用镍金属催化剂及其制备方法。负载型制氢用镍金属催化剂具有优异的制氢反应活性和稳定性及材料结构稳定性，且具有制备方法简单、成本低等优点。