[发明专利]一种水汽变换反应方法及其杂化纳米结构铂催化剂

说明书

本发明提供一种水汽变换反应方法及其杂化纳米结构铂催化剂。所述方法包括使用Pt/@‑CeO₂/TiO₂催化剂催化一氧化碳和水蒸汽反应生成二氧化碳和氢气，反应压力为常压，反应温度为150～300℃；所述Pt/@‑CeO_2/TiO₂催化剂包括TiO₂载体、以单层或多层分散形式负载在所述TiO₂载体上并与所述TiO₂载体形成复合载体CeO₂/TiO₂的氧化铈、以及锚定在所述复合载体CeO₂/TiO₂上的Pt纳米颗粒，所述复合载体CeO₂/TiO₂的金属氧化物CeO₂和TiO₂间存在强相互作用，Pt纳米颗粒作为活性组分与CeO₂形成的半导体膜层存在协同作用；所述Pt/@‑CeO_2/TiO₂催化剂中Pt的质量含量为0.25％‑5％，所述复合载体CeO₂/TiO₂中CeO₂的质量含量为6％‑30％。本发明提供的水汽变换反应条件温和，所使用的催化剂具有优异的催化活性和好的稳定性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种水汽变换反应方法及其杂化纳米结构铂催化剂。

背景技术

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。社会经济的持续发展，使人们对能源的需求与日俱增。传统的能源储量有限，而且在燃烧时会释放有害气体，不仅污染环境，而且危害人体健康。因此发展清洁、高效、可持续的新型能源已迫在眉睫。氢能被视为最理想的新能源，它来源广泛，燃烧热值高，清洁无污染，而且安全性好，可储能，利用形式也很多，目前以燃料电池技术为基础的应用比较广泛。但是，燃料电池在发电过程中所需要的氢气不能安全存放，因此需要原位生产氢气。即在原料电池前加一个原料处理器，通过燃料重整制氢作为燃料电池的氢源。然而，重整阶段会有大量CO产生，不仅污染环境，而且会使燃料电池中的催化剂中毒失活。因此，有必要降低重整气中CO的含量，例如通过水汽变换反应(CO+H₂O→CO₂+H2)，它在消除CO的同时也会产生同样体积的氢气。另外，水汽变换反应在合成氨、合成甲醇等方面也得到了广泛的应用。

目前工业上普遍使用的水汽变换催化剂有铁铬系高温变换催化剂(300～450℃)、铜锌系低温变换催化剂(190～250℃)，钴钼系宽温耐硫变换催化剂(190～450℃)，也有文献报道贵金属催化剂。其中，铁铬系高温变换催化剂低温活性偏低，铬是剧毒物质，在生产、使用和处理过程会污染环境、毒害人类的健康。铜锌系低温变换催化剂抗热性和抗硫性差，也限制了其应用范围。钴钼系宽温耐硫变换催化剂在使用前需要繁琐的硫化过程，使用中需要保证一定的硫含量和较低的汽气比，以防止催化剂反硫化。贵金属催化剂价格昂贵，具有稀缺性，可用性有限。

虽然现在已经研究出很多种水汽变换催化剂，但是制备出低温活性高、稳定性好、寿命长的催化剂仍然是一个极具挑战的难题。

发明内容

本发明的目的在于提高一种使用新型催化剂在反应温和条件下能够高效催化一氧化碳和水蒸汽的水汽变换反应，该反应的反应温度低、能耗小，且催化剂在使用过程中能长时间保持较高的活性，具有好的稳定性。