[发明专利]一种用于甲醇蒸汽重整制氢的催化剂的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开一种用于甲醇蒸汽重整制氢的催化剂的制备方法及其产品和应用，包括以下步骤：将经过阳极氧化的铝基材置于水中进行热水合作用得催化剂载体；所得催化剂载体浸渍于硝酸铜溶液中，取出干燥、一次焙烧；最后浸渍于硝酸镁溶液中，取出干燥、二次焙烧得所述用于甲醇蒸汽重整制氢的自活化快响应一体化催化剂，进一步地，在进行铜负载前先将催化剂载体置于硝酸铁溶液中进行铁离子负载。通过进行铜负载前先将催化剂载体置于硝酸铁溶液中进行铁离子负载可以显著提高催化剂的稳定性，镁的负载则可以降低载体酸性，从而提升铜对于甲醇重整制氢的催化效率。

技术领域

本发明属于燃料电池与氢能源开发技术领域，具体涉及一种用于甲醇蒸汽重整制氢的催化剂的制备方法及其产品和应用。

背景技术

环境问题是当今世界最为关注的问题之一，研究和发展新的清洁能源显得尤为重要。地球上氢能的储量丰富，燃烧不产生污染，燃烧热值高，被看作是21世纪理想的新能源。用燃料电池生产电能是一项有应用前景的环境友好型技术。更具体地说，对于小规模运输场合，微型质子交换膜燃料电池(PEMFC)是合适的发电设备。虽然质子交换膜燃料电池具有启动快、工作温度低、工作电流高、能量效率高、零排放、无腐蚀、低噪音、长寿命等一系列优点，但电池所需要的燃料氢能难以储存和运输，质子膜燃料电池商业化仍存在巨大的障碍。

甲醇与水蒸气在一定的温度和压力条件下通过催化剂的作用可以发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳；该反应称为甲醇重整制氢反应，这是一个多组分、多反应的气固催化反应系统，甲醇重整反应生成的H₂和CO₂，经过分离器将H₂和CO₂分离，可以得到高纯氢气。一般情况下，甲醇、水的催化反应在甲醇水制氢设备的重整器中完成，重整器包括重整器壳体及位于重整体器壳体内的燃烧腔和重整腔，还包括重整器启动装置，一般地，重整腔中需要250-409℃的温度，而燃烧腔中需要405-570℃的温度，重整器才能正常工作。重整器的启动是通过启动装置完成的，在现有技术中，冷启动通常需要很长时间，一般在5小时以上，而热启动需要耗费大量能源，使重整腔等装置处于高温状态；因此，大大增加了系统的复杂性和成本投入。此外，反应过程中还存在副产物CO和二甲醚生成，导致氢气产率下降后期难处理的问题。目前急需开发一种新型催化剂，既要有良好的催化活性、选择性和稳定性，又尽可能降低重整制氢过程条件，降低副反应的发生，以减少投入成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于甲醇蒸汽重整制氢的催化剂的制备方法及其产品和应用。该催化剂制备工艺简单、床层压降小、传热传质性能好、反应条件温和，具有很好的工业前景。

一种用于甲醇蒸汽重整制氢的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将经过阳极氧化的铝基材置于水中进行热水合作用得催化剂载体；

所得催化剂载体浸渍于硝酸铜溶液中，取出干燥、一次焙烧；最后浸渍于硝酸镁溶液中，取出干燥、二次焙烧得所述用于甲醇蒸汽重整制氢催化剂。

甲醇重整制氢反应过程中伴随着副反应甲醇反应产生二甲醚，在本发明复合催化剂中铜的作用是促进甲醇反应生成氢气，而镁的作用则是抑制甲醇反应生成二甲醚的副反应发生，铜、镁相互配合实现甲醇蒸汽重整高效制氢。

进一步地，催化剂载体在浸渍于硝酸铜溶液前经过以下处理：催化剂载体浸渍于硝酸铁溶液中，取出干燥、焙烧。

进行铜负载前先将催化剂载体置于硝酸铁溶液中进行铁离子负载可以显著提高催化剂的稳定性，这是由于铁的添加可以作为一种物理栅栏，将铜颗粒进行空间阻隔，从而降低催化剂表面铜颗粒的迁移，另一方面，催化剂表面的铁表面具有丰富的羟基位点，该位点可以和铜纳米颗粒结合形成锚定效果，降低铜纳米颗粒表面能，抑制铜颗粒团聚。镁的负载则可以降低载体酸性，镁作为碱土金属本身具有较强的碱性，通过引入镁可以使得催化剂表面的酸性位点中毒从而降低载体酸密度，达到降低催化剂酸性的效果，两种金属的引入能够提升铜对于甲醇重整制氢的催化效率。