[发明专利]一种高比表面积Ru/SiO2

说明书

本发明提供了一种高比表面积Ru/SiO₂‑CBC催化剂，所述催化剂为整体式结构，抗压强度高，导热性性强、形状可调、适用性强，催化剂载体为三维多级多孔结构，具有极高的比表面积，为1200‑1500m²/g，Ru纳米颗粒高度分散于载体表面，具有极高的催化活性，且耐水耐CO2性和稳定性能优异。

技术领域

本发明涉及一种高比表面积Ru/SiO₂-CBC催化剂的制备方法，制备整体式催化剂的方法，属于气固相催化反应领域。

技术背景

氢能作为高效、清洁、可再生的二次能源，其应用进入了社会生活的各个领域，近几年来对氢能的需求量日益增加。目前，主要的制氢技术领域包括化石燃料制氢(甲醇、乙醇、天然气)、生物制氢、电解水制氢等。燃料电池制氢技术的主要途径为碳氢化合物（甲醇、乙醇、天然气等）经过重整或部分氧化后，再经过水煤气变换反应。得到的重整气包含45%～75% H₂、15%～25% CO₂、0.5%～2% CO和少量的H₂O和N₂。燃料电池电极材料为Pt，富氢气体中CO的存在不仅会使Pt电极毒化，而且很容易吸附在催化剂的表面，阻碍燃料的催化氧化，因此富氢气体中CO的含量必须控制在100 ppm以下。

富氢气体中CO的净化方法有物理法和化学法，其中物理法包括变压吸附法、膜分离法等；化学方法包括CO甲烷化和CO优先氧化。变压吸附法系统复杂以及膜分离法造价高等问题而不适合用于车载燃料电池系统。CO甲烷化方法在净化CO的同时消耗了大量的氢气，并且伴随有水煤气逆变换反应发生，因此也不宜采用。CO优先氧化是净化富氢气氛中CO的最有效方法，适宜在车载燃料电池或者小型便携燃料电池上应用。

CO-PROX反应，作为当今最有效，最环保的CO净化技术，其催化剂，在其结构、性能、机理方面的研究也受到了广泛的关注。对于高效，高性能的优先氧化催化剂应具有高的转化率、高的选择性、良好的抗H₂O与抗CO₂性能，及出色的稳定性等优异特性，目前广泛应用的CO-PROX催化剂主要分为以下三类： 1）负载型的贵金属催化剂，比如Pt，Pd ，Ir，Ru 和Rh；2）金催化剂；3）碱金属氧化物催化剂，如CuO-CeO₂，Co₃O₄。

气固相反应是气相组分在固体催化剂作用下的反应过程，是化学工业中应用最广、规模最大的一种反应过程。据统计，90％左右的催化反应过程是气固相催化反应过程。气固相催化反应过程通常包括以下步骤：(1)反应气体经过颗粒内微孔扩散到固体催化剂颗粒内表面。(2)反应气体被催化剂表面活性中心吸附。(3)在表面活性中心上进行气固相反应。(4)反应产物从表面活性中心脱附。(5)反应产物由催化剂颗粒外表面扩散返回气流主体。

目前，CO-PROX催化反应器主要包括颗粒催化剂填充的固定床反应器和整体型催化剂，其中颗粒型催化剂：CO-PROX反应器小型化的方法之一是将颗粒催化剂直接装入若干个平行的圆柱形的反应管（厘米级）中。颗粒催化剂置于管状反应器中的石英砂隔断上，进行催化反应，存在如下缺点(1)装卸麻烦；(2)不易成型且机械强度不能达到要求；(3)传质传热受阻很大，降低处理效率；(4)催化剂床层前后压降相差大，增加能耗。而整体式催化剂将催化剂的活性组份、结构化载体和反应器三者集成，单位体积床层的几何表面积大，具有传质、传热效率高、床层压降低、催化效率高等优点，有利于反应物在催化剂表面的吸附和生成物的脱附释放、热量的移出，强化化学反应过程，而且反应器易于组装、维护和拆卸，被认为是当今多相催化领域中最具前景的发展方向之一。

细菌纤维素膜（BC膜）代表了一类特殊的纤维素，是在各种微生物（Acetobacterxylinum、Pseudomonas、Rhizobium、E. coli 等）发酵作用下产生的一种生物材料，目前已实现了工业化生产，具有优异的微观结构和物理特性，如：