[发明专利]一种氨分解催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及氨分解技术领域，具体涉及一种氨分解催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的氨分解催化剂的制备方法，包括如下步骤：将醋酸钌、醋酸镁和醋酸钾进行球磨，得到金属盐混合物粉末；将金属盐混合物粉末进行焙烧，然后经氢气还原，得到所述氨分解催化剂。本发明提供的氨分解催化剂的制备方法，通过“一锅式”加入特定原料醋酸钌、醋酸镁、醋酸钾，并通过球磨处理得到金属盐混合物粉末，然后经焙烧、氢气还原制备得到所述氨分解催化剂，几种步骤相互配合，可大大降低钌金属粒径，提高催化剂的低温活性。

技术领域

本发明涉及氨分解技术领域，具体涉及一种氨分解催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢能具有绿色、零碳、可再生、能量密度高、热值高、能量利用效率高和原料来源广泛等优点，而且燃烧产物是水，不会造成环境污染，被视为一种极具应用前景的清洁能源，因此氢的存储技术显得十分重要。大规模经济、高效的生产、存储和安全运输等技术将直接影响到氢能技术的大规模利用。

近年来，氨作为氢的储存介质受到越来越多的关注。氨具有许多优点，如高质量(17.7wt％H₂)和高H₂体积密度、高能量密度、在温和条件下(20℃和0.8Mpa)为液态以及年产量十亿吨等。因此，在未来的氢经济中，NH₃可能作为H₂载体发挥重要作用。目前，随着质子交换膜燃料电池(PEMFC)研究和开发的快速进展，通过NH₃分解产生无CO_x的H₂在能量储存和经济效益方面引起了相当大的关注。氨分解制氢由于不会产生碳氧化物、工艺简单、投资少且运行成本较低、操作简单、维护方便、运行安全可靠等优点，是制取燃料电池用氢的有效途径之一。

目前工业上氨分解制氢大多数采用铁或镍催化剂，反应温度在800℃以上，能耗高，且设备腐蚀严重。因此，研究开发适用于低温氨分解的高活性催化剂受到了广泛关注。研究表明，钌金属纳米粒子对氨分解反应表现出优异的低温活性，是目前已报道的最好的活性组分之一，其负载型催化剂主要有Ru/碳纳米管、Ru/活性碳、Ru/Al₂O₃、Ru/MgO等。其中，Ru/碳纳米管催化剂表现出较高的低温活性，但碳纳米管价格相对昂贵，堆积密度小，增加成型成本，尤其是在临氢反应条件下容易发生甲烷化，限制了其大规模实际应用。除了Ru/碳纳米管，Ru/MgO也表现出良好的氨分解活性。

目前文献报道的Ru/MgO催化剂的制备方法有浸渍法、沉积沉淀法、多元醇还原法、胶体沉积法、化学气相沉积法等。浸渍法是最简单的制备方法，但是得到的Ru金属粒径较大，导致活性较差。为获得高活性Ru/MgO催化剂，有文献采用尿素沉积沉淀法制备Ru/MgO催化剂：首先将RuCl₃和MgO分散于水溶液中，然后加入过量尿素，并在80℃进行水解，使钌物种沉淀在MgO表面，再经80℃干燥和500℃氨气还原得到催化剂，其在450℃的氨转化率也仅为56.5％。此外，Ru催化剂的活性还可通过添加碱金属/碱土金属助剂如钾得到进一步提高。一般采用浸渍法添加钾助剂，如上述沉积沉淀法制备得到的催化剂经氨气还原得到还原态Ru/MgO，然后将KOH乙醇溶液滴加到Ru/MgO，再经干燥和焙烧制得K-Ru/MgO催化剂。

综合上述文献报道，目前氧化镁负载钌基催化剂的制备路线为先合成镁化合物载体-负载钌前驱体-焙烧-还原制备Ru/MgO，然后再浸渍钾盐溶液-焙烧-还原等步骤制得K-Ru/MgO，其制备过程涉及多次液相合成和焙烧还原处理，流程繁琐，耗时长，增加了催化剂生产成本，且制备得到的催化剂活性有限。

因此，有必要开发一种更简单的氧化镁负载钌基催化剂的制备方法，同时该方法制备得到的催化剂还应具有优异的低温催化活性。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中氧化镁负载钌基催化剂的制备工艺繁琐、流程长，且制备得到的催化剂低温催化活性低，氨分解效果欠佳的缺陷，从而提供一种氨分解催化剂及其制备方法和应用。