[发明专利]一种微孔铈镧固溶体负载铑催化剂及其应用

说明书

本发明涉及一种微孔铈镧固溶体负载铑催化剂及其应用，属于氢能领域。该微孔铈镧固溶体负载铑催化剂，采用微孔铈镧固溶体为载体，Rh为活性组分，至少包含Ce、La、Rh三种金属元素，铈镧固溶体Ce_1‑xLa_xO_y呈氧化铈萤石立方结构，Rh的负载量为0.1～1.5wt.％。该微孔铈镧固溶体负载铑催化剂适用于乙醇氧化重整制氢中。该催化剂300℃能够使乙醇转化率达到99％以上，400℃时每千克催化剂的氢气制备效率可达6.5L/s，能够适用于加氢站内原位制氢和车载在线制氢。

技术领域

本发明涉及一种微孔铈镧固溶体负载铑催化剂及其应用，特别涉及一种用于乙醇氧化重整制氢的微孔铈镧固溶体负载铑催化剂，以微孔铈镧固溶体为载体，以Rh为活性组分的催化剂，主要适用于催化乙醇与水、氧气发生重整反应制取氢气，属于氢能领域。

背景技术

氢气通常被认为是一种理想的能量载体，乙醇氧化重整制氢反应(OSRE，C₂H₅OH+(3-2x)H₂O+xO₂→2CO₂+(6-2x)H₂)能够自热进行，H₂O和O₂的同时存在极大的抑制了催化剂表面积碳的形成，是较有前途的乙醇重整工艺。乙醇的能量密度高、挥发性小、毒性低，可用于加氢站内原位制氢和车载在线制氢，且乙醇可由生物质转化而来，相比于其他可再生、CO₂中性的制氢技术，生物乙醇重整具有一定的价格优势。但由于成本和空间的限制，乙醇氧化重整制氢反应通常需要采用较高的空速[气体流速/催化剂体积(s^-1)]。高空速下，反应物和催化剂的接触时间较短。增强催化剂的吸附性能，能够增加反应物与催化剂的局部接触时间，更有利于催化氧化反应进行完全，提高乙醇转化率和氢气产率，抑制CO等副产物的产生。采用微孔铈镧固溶体为载体，能够增强催化剂对反应物的吸附能力，使其在高空速下也能保持较高的转化效率，并且能够增强金属-载体间的相互作用，提高贵金属的分散度，有利于催化剂获得良好的乙醇重整制氢活性。Rh由于具有较高的C-C键断裂能力，通常表现出较好的乙醇转化率、氢气选择性和抗积碳能力，虽然价格昂贵，但500℃以下的中低温反应条件下，短时间内较难被替代。采用超声波辅助均匀共沉淀法，能够制备出含有微孔的铈镧固溶体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于乙醇氧化重整制氢的微孔铈镧固溶体负载铑催化剂，具有制氢功能。本发明提供了一种采用微孔铈镧固溶体为载体，Rh为活性组分的乙醇氧化重整制氢催化剂，适用于加氢站内原位制氢和车载在线制氢。

一种微孔铈镧固溶体负载铑催化剂，采用微孔铈镧固溶体为载体，Rh为活性组分，至少包含Ce、La、Rh三种金属元素，所述铈镧固溶体(Ce_1-xLa_xO_y)呈氧化铈萤石立方结构，Rh的负载量为0.1～1.5wt.％。

所述铈镧固溶体(Ce_1-xLa_xO_y)，其晶格常数a的范围是0.544～0.555，相较于氧化铈产生了晶格膨胀。

所述铈镧固溶体(Ce_1-xLa_xO_y)中，La:(Ce+La)摩尔比x的范围是0.2～0.5。铈镧固溶体中Ce:La的摩尔比优选值为2.5:1～3.5:1，不同的制备方法和表征方法最后呈现的Ce:La会与理论的优选值可能有一定的差别。y代表O的摩尔含量，通常在1.5～2.0之间。

本发明所述催化剂中，Rh的总负载量为0.1～1.5wt.％。贵金属的负载量过高，会影响催化剂的活性。提高贵金属催化剂性能的一个核心方法就是提高贵金属在载体表面的分散度，所述铈镧固溶体(Ce_1-xLa_xO_y)有较好的贵金属分散能力。