[发明专利]一种Pt基水煤气变换反应催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种Pt基水煤气变换反应催化剂及制备方法和应用。本发明提供的水煤气变换反应催化剂组成为Pt/碱金属硼酸盐/载体，所述催化剂的活性组分为Pt，Pt含量为催化剂总质量的0.5％～10％；所述催化剂中碱金属硼酸盐含量为催化剂总质量的1％～40％；载体为CeOsubgt;2/subgt;、Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、ZrOsubgt;2/subgt;、TiOsubgt;2/subgt;、SiOsubgt;2/subgt;中的一种或两种以上的组合。通过浸渍法引入碱金属硼酸盐和活性组分Pt。本发明通过碱金属硼酸盐的引入，提高了催化剂活化水的能力，又能够抑制碳酸盐物种的形成，从而使本发明提供催化剂在水煤气变换反应中具有较高的活性和启停稳定性；同时本发明提供的催化剂反应前不需要还原，适用于快速启动和反复启停的燃料电池系统，应用前景广泛。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种Pt基水煤气变换反应催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前化石燃料的过度开发使人们开始寻找传统燃料的替代产品，其中氢气和醇类(甲醇、乙醇)最有潜力。在众多新能源的开发利用中，氢能也以其独特的发展潜力和优势得到广泛关注。伴随氢能经济的发展，氢燃料电池成为重要的新能源应用平台。然而，无论是采用化石燃料还是采用乙醇、甲醇为原料，重整过程生产H₂的同时伴随着大量的CO产生。CO对燃料电池电催化剂具有很强的毒化作用，所以燃料电池对氢气原料中的CO含量具有严格的限制，一般要低于10ppm。水煤气变换反应是将重整气中CO消除的有效方法，它通过CO和水反应将CO转化为CO₂和H₂，不仅可降低CO的含量，同时也可有效提高H₂的含量。因此，水煤气变换催化剂在燃料电池系统中发挥着十分重要的作用，是氢载燃料电池能否实现商业化的关键。

工业上水煤气变换反应通常在装有Fe₃O₄-Cr₂O₃或者Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂的固定床反应器中进行。Fe₃O₄-Cr₂O₃用于高温水煤气变换反应，操作温度在350～400℃，实现CO较快地转化，但是由于热力学平衡的限制，CO浓度不能降到很低；Cu/ZnO/Al₂O₃用于低温水煤气变换反应，操作温度在200～250℃，进一步降低CO浓度。Co-Mo耐硫变换催化剂的优点是其耐硫和抗毒性能很强，最大的缺点就是只有在硫化态下才具有较高的活性，使用前需要繁琐的硫化过程。

由于传统的水煤气变换催化剂在燃料电池应用中存在多种局限性，开发用于燃料电池制氢系统的水煤气变换反应催化剂引起人们极大的关注。针对燃料电池H₂中CO的去除，水煤气变换催化剂性能必须达到以下几点：(1)在低温区(300℃以下)具有高反应活性，确保出口CO浓度足够低：(2)在稳定状态下和高循环次数中，即连续升温-降温过程中保持稳定；(3)高温和冲击状态的高机械强度；(4)没有副反应发生，特别是大量耗氢的甲烷化反应。目前，多种氧化物载体(如CeO₂，ZrO₂，TiO₂等)负载的贵金属(如Pt，Au等)催化剂是目前研究较多的更为适合燃料电池系统使用的水煤气变换催化剂。

中国专利CN103586023A公开一种水煤气变换反应Pt基催化剂及制备方法。具体为采用水热法合成了不同形貌的Pt/CeO₂催化剂，应用该方法制备的催化剂在典型的重整气中进行水汽变换反应，具有较高的活性和稳定性。