[发明专利]一种富氢气体脱除CO钴基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种富氢气体脱除CO钴基催化剂及其制备方法和应用。为解决催化剂导热性差、活性组分烧结、机械强度差等问题，本发明以铝锰复合氧化物为载体，负载活性组分制备新型钴基催化剂，通过调变铝锰复合氧化物组成、物理结构和表面化学性质，以调节金属钴与铝锰复合氧化物的相互作用效应。制备方法：(1)制备铝锰复合氧化物载体，将铝盐‑锰盐水溶液和偏铝酸盐水溶液在水浴下进行并流共沉淀，经老化、去离子水洗涤、过滤、干燥得到载体；(2)用钴盐和助剂金属盐的水溶液浸渍步骤(1)制备的铝锰复合氧化物载体，经干燥、焙烧，制得最终催化剂。本发明的催化剂应用于富氢气体脱除CO的固定床反应中。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种富氢气体脱除CO钴基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢是世界上最多的元素，氢气来源极其广泛并且是可再生资源，所以用氢气作为“燃料”似乎最合适不过。由于燃料电池是化学能直接转换为电能，相比内燃机的燃烧作用不会产生大量废气与废热，转化效率更可超过50％(内燃机转化效率为10％)，排放物也只有水，也不会对环境温度造成影响。使用寿命长于电化学电池并且电池维护工作量很小。相比于纯电动车的充电时间来说，燃料电池加注氢气的时间很短，几乎与内燃机汽车添加燃油时间相当，大约在3-5分钟左右。

然而，燃料电池采用Pt为电催化剂，氢气中残留的CO对Pt是一种很强的毒物，极易吸附于催化剂的表面，阻碍燃料的催化氧化，而且只要有大于20ppm的CO就可以给Pt电极带来很大的过电势，从而使燃料电池的利用率降低。

现有去除燃料电池富氢气体中CO的方法通常有吸附法、蒸馏法、Pd膜分离法和催化氧化法。其中，吸附法容量有限，脱除精度低；蒸馏法存在流程长、能耗高、投资大等问题；Pd膜分离法更换膜的成本高、效率低；催化氧化法则存在催化剂烧结和脱除不干净的问题。因此，开发出具有高活性、耐热、且成本低的CO脱除催化剂成为必需。

CO甲烷化是富氢气体脱除CO的具有应用前景的方法。钴基催化剂常用于费托合成反应具有优异的性能。因此，钴基催化剂也常用于CO甲烷化反应，并表现出较高的活性。

载体对负载型钴催化剂在CO甲烷化反应过程中的影响很复杂。时至今日，工业上常用的钴基CO甲烷化催化剂载体仍然是沿用传统的氧化铝、氧化硅和炭材料。二氧化硅表面积高，是常用的载体，国际上以壳牌公司研发为主并已经工业化。氧化铝的耐磨性好，机械强度高，国际上以Sasol、Gulf/Chevron和Statoil公司的研发为主。二氧化钛作为载体常需要其它氧化物来改性，国际上以Exxon-Mobil公司的研发为主。也有研究者在分子筛作为载体方面进行了工作。其中，氧化铝和氧化硅的导热性都比较差，在CO甲烷化反应强放热过程中难以及时传递反应热量而形成“热点”，导致其本身的比表面积下降甚至负载的活性组分发生烧结。炭材料虽然导热性好，却存在高温容易被氧化及机械强度差等问题。因而，新型钴基催化剂载体的研制非常必要，以推动富氢气体脱CO的工业应用。

发明内容

为解决上传统载体影响钴基催化剂CO甲烷化催化性能的问题，本发明的目的是提供一种活性好、耐烧结、寿命长、强度高的用于CO甲烷化反应的钴基催化剂及制备方法和应用。

本发明是以铝锰复合氧化物为载体，负载活性组分制备新型钴基催化剂，通过调变铝锰复合氧化物组成、物理结构和表面化学性质，以调节金属钴与铝锰复合氧化物的相互作用效应，最终彻底解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种富氢气体脱除CO钴基催化剂，包括四氧化三钴和铝锰复合氧化物。