[发明专利]一种铱基双组分负载型催化剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及在富氢气氛下选择性的氧化CO催化剂，具体地说是一种 铱基双组分(IrM)负载型新型催化剂及其制备和应用。

背景技术

由于能源和环境问题，燃料电池以其燃料多样性，排气干净，噪音低， 对环境污染小，可靠性及维修性能好等优点而引起了世界各国政府的关注 和科研人员的广泛研究与开发。其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为 相对于传统的内燃机有高的能量转换效率以及零污染排放(ZEV)的一种新 型能源转换装置受到了广泛的关注。而其中所用的燃料氢源主要采用甲醇、 天然气等碳氢化合物的水汽重整、部分氧化和热重整等技术获取，经过水 煤气变换反应后，CO含量仍达到1％左右。由于CO会强吸附在燃料电池 的Pt电极上，使电池效率下降，因此如何消除氢源中的CO(小于50ppm) 避免其对电极催化剂的中毒对PEMFC的应用非常重要。选择性催化氧化反 应是在催化剂的作用下加入少量的氧气或空气于富氢气中，选择性催化氧 化CO。此法无疑是最简单、直接、廉价而有效的方法。选择氧化CO的催 化剂要满足如下条件：在H₂-PEMFC的最佳运转温度区间(60～120℃)内对 CO氧化具有高的催化性能、CO₂高的选择性，并且具有抗CO₂和H₂O性 能。对于选择性催化氧化祛除富氢气氛中的CO，实际上关键还是CO的氧 化，如何提高催化剂的CO的氧化能力和氧气与CO反应生成CO₂的选择 性是核心问题。

目前，CO在富氢气氛下的选择氧化催化剂的活性组分主要以贵金属为 主，主要有Pt、Pd、Rh、Ru等。其中贵金属的含量较高，一般大于5wt％， 且有效祛除CO的温度范围较窄，在200℃左右。如丰田汽车公司的申请专 利(专利申请号：98809466.5)披露了以Ru活性组分添加Li、Zn等为助 剂的催化剂，CO的初始含量为5000ppm，O₂/CO为3，最佳温度为 140～200℃，但对于＞5000ppm时的氧化性能未作说明。另外还有部分专利， 如(USPatent 6,168,772和5,702,838)公开了以A、Y型分子筛为载体，用 离子交换法将Pt负载在分子筛上，Pt的担载量为3～6％左右，反应空速 2000～8000h^-1。贵金属担载量高，制备方法复杂。关于Pt基双组分催化剂 也有相关专利报道，其中上海燃料电池汽车动力系统有限公司的申请专利 (申请公开号：02136480.X)申明了以Pt为催化剂活性组分，其含量为 0.05～5％(重量)，更佳范围为0.2～2％(重量)，负载于γ-Al₂O₃上，同时以Li、 Na、K、Rb、Cs、Ca、Mg或Cu为助催化剂，其添加量为0.01～20％(重量)， 载体为γ-Al₂O₃，该催化剂可在120～230℃间有效工作。另外，中国科学院大 连化学物理研究所的申请专利(申请专利号：01138908.7)所述的是以Pt 为主活性组分，Fe、Co、Ni、Cu、Zn之一种或几种为助剂，以MD型分子 筛或ZrO₂、TiO₂的一种或两种为载体的多组元催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转化率高、选择性好的可用于富氢气氛下 一氧化碳选择氧化负载型IrM双组分催化剂及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铱基双组分负载型催化剂，由载体、活性金属和助剂构成，所述 载体为氧化铝、二氧化硅或活性炭；所述活性金属为Ir，其于催化剂中的 质量含量为0.1～10％；所述助剂为Fe、Sn、Mn、Co、Ni、Cr和/或Zr，其 含量为Ir摩尔含量的1～20倍(摩尔比例：助剂M/Ir＝1/1～20/1)。

所述Ir于催化剂中的质量含量最好为1～5％；助剂的含量最好为Ir摩 尔含量的2～10倍；所述活性炭最好为商品活性炭、中孔炭或石墨炭黑。

所述催化剂可采用浸渍法制备，将活性金属和助剂的可溶性盐作为前 驱物采用分步或共同浸渍的方法负载于载体上，干燥焙烧得到所需催化剂， 干燥温度为80～120℃；