[发明专利]一种低温起活高效氨分解催化剂

说明书

本发明提供了一种低温起活高效氨分解催化剂及其制备方法，属于氨分解催化领域。所述催化剂为含镍FER分子筛，所述分子筛以含镍碳材料为镍源和硬模板剂，将金属镍原位引入FER分子筛中；所述含镍分子筛中镍的含量以镍元素计为0.1～5wt.％；本发明还提供了催化剂制备方法，具体包括：将含镍碳材料、硅源、铝源、有机模板剂、无机碱、溶剂按照比例加入反应器中，连续搅拌得到均匀溶胶，老化，然而将其转移至水热反应釜晶化，反应结束后将产物过滤并洗涤，干燥、焙烧，将所得分子筛进行氢型转型，最后焙烧得到含镍FER分子筛。本发明催化剂具有微孔结构丰富，晶化时间短，催化剂活性、稳定性高的优点，氨分解所需温度大大降低，具有巨大的工业应用潜力。

技术领域

本发明属于氨分解催化技术领域，具体涉及一种低温下把氨气有效分解成氢气和氮气的含镍FER分子筛及其合成方法。

背景技术

氢能是最洁净的能源，同时其热值远高于其他燃料，因此是未来化石能源最有前景的替代能源之一。由于氢气在燃烧过程热值高，且不会产生COx和NOx排放，因此可用于燃料电池发电和燃料电池电动汽车。然而氢的挥发性和低体积能量密度使得氢的产生、储存和运输成为一个巨大的挑战，氢气在储存和传输过程的高成本极大的制约了氢能源的发展，例如丰田公司2014年发布的Mirai氢燃料电池车，其采用两个高压碳纤维储罐储存约120L液氢，理想条件下的理论续航为500公里，去年发布的新一代Mirai续航达到200公里，但是由于储罐设备的高成本，加上压缩氢气所需的成本，使得氢能源电动车在价格方面与锂电电动车毫无优势而言，过去10年北美市场的氢能源电动车销量不及特斯拉一个月的销量。因此即时制氢技术成为最有前景的氢能源解决方案。

氨是一种无碳的氢载体，具有相当好的体积和重量能量密度，并且其储存和运输工艺相当成熟。氨分解制氢可避免氢气的储存和运输，因此受到了广泛的关注。氨分解反应是一种吸热反应，其在450℃时的平衡转化率为99.5％，但受制于动力学限制，氨的转换效率并不高。氨分解催化剂可以显著提高反应速率，提高制氢效率。铂、钯、铑、钌和铁是最早用作氨分解催化剂的元素。Ganley等考察了不同金属的氨分解催化的金属种类，其活性顺序依次为：RuNiRhCoIrFePtCrPdCuTe、Se、Pb。钌在其活性温度下的催化性能远远优于其他金属，但钌在较低温度下活性不足，Ru/碳纳米管在450℃的转化率小于50％。添加助剂可以改善钌催化剂的低温活性，例如对负载在MgO或CNT上的Ru催化剂进行碱助剂改性，可以显著改善其在低于500℃下的催化活性。还有学者通过稳定Ru纳米颗粒，例如将它们嵌入稳定的多孔氧化物中，并通过烧结防止其快速失活，Cs-Ru/MWCNT在低于317℃下即会产生氢气，这是氨分解反应的重大突破。尽管这些研究已经改善了Ru在低温下的催化活性，但由于钌是最稀有的贵金属之一，难以在汽车领域大规模应用钌催化剂。