[发明专利]用于SO3催化分解的铈铜复合氧化物催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于催化技术领域，特别涉及用于SO₃催化分解的铈铜复合氧化物催化剂及制备方法。

背景技术

氢能作为一种清洁高效的二次能源载体，具有来源丰富、质量轻、热值高、绿色环保、利用形式和储存方式多样等特点，不仅能满足现阶段的低碳发展需求，也能在未来能源格局中发挥重要作用。氢气的大规模高效低成本制取是首先必须解决的关键问题。矿物燃料制氢是现阶段最主要的方法，技术相对成熟，该法依赖化石燃料且排放二氧化碳，后续发展受到限制。生物质制氢资源丰富，可持续发展，其能量密度低和资源分散等不足仍需要克服。水作为地球上氢含量最丰富的化合物，通过电解、光解、热解、热化学循环等方法可以制得氢气。电解水制氢能量效率高达70％以上，但结合火电厂发电效率得到能源利用效率低至24-32％，不过和可再生能源发电结合具有良好发展前景。光解水制氢是太阳能光化学转化与储存的最佳途径之一，意义重大，光能转换效率低和成本问题仍需深入研究。直接高温热解水制氢存在材料适应难、氢氧分离困难等缺陷，目前不太可行。而热化学方法相比直接热解水极大地降低了反应温度，具有效率高、成本低和零碳排放的优势，因此具有较好的市场发展潜力。

目前研究发现已有的115种热化学循环中，热化学硫碘循环(IS或SI)被公认为最理想的制氢方式之一。它是美国通用原子公司(GA)在上世纪70年代提出的，近年在美国、日韩和欧洲得到高度重视，成为当前国际上本领域研究的学术前沿和热点问题，各国纷纷投入大量人力、物力竞相开展相关研究。

SI循环由3个热化学反应组成：

SO₂+I₂+2H₂O→H₂SO₄+2HI(20-120℃)   (1)

2HI→H₂+I₂(300-500℃)    (2)

H₂SO₄→SO₂+1/2O₂+H₂O(700-900℃)    (3)

硫碘循环三步反应中，硫酸分解需要的温度最高，系统中硫酸分解部分的能耗也最高。硫酸分解分两步进行，H₂SO₄先分解成SO₃和H₂O，SO₃再分解成SO₂和H₂O。

H₂SO₄(g)→H₂O(g)+SO₃(g)   (4)

SO₃(g)→SO₂(g)+12O₂(g)   (5)

反应(4)较易进行，500℃时，硫酸基本分解完毕。反应(5)直接热分解效率很低，即使催化剂作用下，温度也要超过800℃才能达到较高的SO₃分解率。SO₃分解所处的高温和腐蚀性气氛H₂SO₄/SO₃/H₂O/SO₂/O₂也对催化剂提出了巨大的挑战。

根据催化剂结构和元素组成，可主要分为贵金属、过渡态金属氧化物及复合金属氧化物。

考虑到催化剂的成本，贵金属催化剂难以大规模应用。与单金属氧化物催化剂相比，复合金属氧化物的活性得到了很大的提高。近年，就催化剂的活性、稳定性、经济性等因素来看，复合金属催化剂已经成为研究热点。但是，复合金属氧化物稳定性，抗烧结能力，抗低温硫化的能力还有待提高。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供结合稀土元素Ce和Cu元素的，高效、稳定及廉价的二元金属氧化物催化剂。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供用于SO₃催化分解的铈铜复合氧化物催化剂，铈铜复合氧化物催化剂的通式为：Ce_xCu_1-xO_1+x，其中，x的取值范围为0.2～0.8，铈铜复合氧化物催化剂的活性组分包括氧化铜和氧化铈。

作为进一步的改进，所述铈铜复合氧化物催化剂的通式中的x的值取0.2。