[发明专利]用于氢气中选择氧化脱除CO的整体式催化剂及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及氢气中选择氧化脱除CO的整体式催化剂，具体地说是一种用于氢气中选择氧化脱除CO的整体式催化剂及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于具有低排放或零排放、启动方便和比功率大等特点，既可作为移动电源应用于电动车，又可用于分散电站和便携式电源，显示出强大的应用前景。甲醇重整制氢技术是目前实现PEMFC分散式氢源最可行的途径之一.由于在PEMFC工作温度下，重整气经过变换反应后仍含有约1％的CO，使PEMFC的Pt阳极极易中毒，在短时间内性能严重下降。因此，制备性能优良的富氢中选择氧化脱除CO催化剂，保证其在接近PEMFC的工作温度下60-100度下具有较高的反应活性和选择性，成为选择氧化脱除CO技术应用的关键。同时当质子交换膜燃料电池用于车辆动力系统时，常要求对负荷变化有快速响应能力，制氢系统也必然要适应这一要求。整体催化剂，对于非稳态、瞬间变化的尾气有很强的适应能力，还具有低压降、快速响应优点。因此，将整体式催化剂用于燃料电池系统用于选择氧化CO也将是氢气中脱除CO的重要方向。

目前研究最多的选择氧化脱除CO的整体式催化剂是担载的Pt基催化剂。张等采用金属蜂窝基体经过高温氧化后，负载Al₂O₃涂层，再浸渍贵金属铂，制备出用于选择性氧化CO的Pt/Al₂O₃涂层金属蜂窝整体式催化剂.在120度时，该催化剂的CO选择性氧化反应活性和选择性分别为54.0％和42.5％(Chinese Journal of Catalysis，2008，29，421-425)。严等人以蜂窝状菁青石为载体，负载Co-Pt/Al₂O₃，催化结果表明，在120度时可获得接近100％的CO转化率，选择性达到51％，但催化剂床层的温差很大(石油化工，2004，33，317-319)。Watanabe同样采用以蜂窝状菁青石为载体，负载Pt-Fe/Mordenite，催化结果表明在大量的水蒸气和二氧化碳存在的条件下，只有当反应温度超过130度时催化剂才能将氢气中的一氧化碳完全除掉(Applied Catalysis A：General 2008，341，93-97)。可见这些整体式催化体系存在一些缺点：1)催化剂活性和选择性达不到燃料电池的要求；2)催化剂的最佳反应温度远高于燃料电池的工作温度60-100度；3)催化剂抗水蒸气和/或CO₂的能力差。4)整体式催化剂反应所需要的热量完全由外部加热设备提供，导致受热不均床层温差大。这些缺点阻碍了整体式催化剂在燃料电池系统中的应用。因此，目前富氢中选择氧化脱除CO领域急需一种制备工艺简单、使用方便，同时还具有高活性、抗水蒸气和/或CO₂能力的整体式催化剂。

发明内容

本发明的目的在于开发一种制备工艺简单、使用方便的SiC整体式催化剂，可以直接通过连接外接电源对SiC载体自身加热，快速、均匀的为催化反应提供热量。同时制备的SiC整体式催化剂在富氢条件下，在大量水蒸气和/或CO₂条件下，具有较高的CO选择氧化活性和稳定性。可用于工业反应体系中富氢条件下的CO脱除，例如氢氧质子交换膜燃料电池原料气中少量CO的脱除。

为实现上述目的，本发明所制备的用于氢气中选择氧化脱除CO的整体式催化剂之一，可以是以整体式多孔碳化硅为载体，负载两组活性成分，一组为贵金属，另一组为非贵金属。其中，贵金属成分可以是Pt、Pd、Ru中至少一种，而非贵金属成分可以是Fe、Co、Ni中至少一种。贵金属的质量含量为0.1-20％，非贵金属的质量含量为0.1-20％。制备方法包括下述步骤为：

A.将整体式碳化硅载体经20-40％浓硝酸于100-120度下处理8-10小时，洗净，烘干后，在空气中1000-1200度焙烧1-6小时；

B.利用等体积浸渍的方法，将处理后的整体式碳化硅载体，浸渍于含有催化剂活性组分的水溶液中，室温干燥，在负压装置下处理2-24小时，处理温度为40-120度，氢气还原，还原温度为60-400度，还原时间为1-10h，可制得碳化硅直接负载活性组分的整体式催化剂。