[发明专利]用于SO3催化分解的铈铬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催化分解的铈铬复合氧化物催化剂及制备方法。

背景技术

目前，全球正在经历能源、资源日益短缺，环境严重污染的关键阶段，煤炭、石油、天然气等一次不可再生能源随着人类经济社会的发展消耗急剧增加。因此寻求清洁、可再生能源的研究和开发是解决现有窘境的唯一出路。氢能作为一种高效、清洁的能源载体在未来可以和可再生能源结合构成完整的能源系统。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，因此也成了本课题研究的重点。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)+1/2O₂(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，贵金属催化剂在工业上难以大规模应用。单种过渡态金属氧化物具有价格低廉，来源广泛等优点。与单金属氧化物催化剂相比，复合金属氧化物的活性已经得到了很大的提高，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近年，复合金属催化剂已经成为研究热点，旨在开发出活性、稳定性、经济性兼顾的催化剂。

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Cr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：