[发明专利]含有氨分解制氢催化剂及载体的涂层及其制备与应用

说明书

本发明涉及氨分解制氢技术领域，具体涉及含有氨分解制氢催化剂及载体的涂层及其制备与应用。涂层包括复合金属氧化物膜载体，及负载在复合金属氧化物膜上的过渡金属催化剂。该涂层可用于制备带涂层超薄Pd‑M多孔Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;透气陶瓷管，并以该带涂层的陶瓷管作为氨分解制氢及氢气分离整体反应器的核心部件，通过缩短氨分解后生成的氢气往氢气分离用膜材料的转移时间，促使氨分解反应正向进行，打破热力学平衡，提高氨转化率，降低反应温度，节省能耗。

技术领域

本发明涉及氨分解制氢技术领域，具体涉及含有氨分解制氢催化剂及载体的涂层及其制备与应用。

背景技术

氢气是未来能源系统中最有前途的能源载体之一，以无污染、燃烧值高、可重复利用等优点备受科研人员青睐。由于氢气具有低体积能量密度、趋于扩散以及易燃易爆的特点，故氢气具有储运成本高、安全性弱的缺点。

目前，大规模制氢的主要途径是化石燃料，但这种方法得到的氢气中常伴有CO_X的产生，特别是其中的CO会使燃料电池电极中毒，故需要经过繁杂的后处理提纯后，才能达到燃料电池的用氢标准。我国氨产量大，价格相对低廉、且含氢密度高，能量密度大。目前，氨分解制氢作为一种绿色环保技术正引起越来越多研究者的关注。这是因为氨分解制氢不会产生任何碳氧化物，而且产氢成本也较低，是制取燃料电池用氢的有效途径之一。特别是氨在较低压力下即可液化压缩，便于储存和运输。氢气在储存和运输过程中面临的安全问题是氢能利用的主要技术壁垒之一。且氨作为现代工业和农业中重要的大宗化学品，全球年产量达1亿吨。

但是，氨分解产物中含氢量最高为75％，需要进一步分离提纯，获得适用于氢燃料电池的高纯氢。常见的氢气分离方法有低温分离法、变压吸附法、膜分离法等。膜分离法具有体积小、操作简便、噪音小等优点，尤其适用于中小规模且对氢气纯度要求很高的场合。

关于氨分解膜反应器的报道一般是将用于氢气分离的膜材料和氨分解催化剂进行耦合，催化剂或者与膜材料直接接触，或者放置于膜材料管内，其目的都是为了实现氨分解生成的氢气通过膜材料及时移走，从而促进反应正向进行，提高催化效率，降低反应温度。

但目前所涉及到的研究中并未有人提出并实现将用于氢气分离的膜材料和氨分解催化剂进行一体化结合，缩短氨分解生成的氢气往膜材料转移的时间，从而加快氨分解反应正向进行来提升氨转化效率。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中氨分解生成的氢气往膜材料转移过程中具有时间差的缺陷，提供了一种含有氨分解制氢催化剂及载体的涂层及其制备与应用以克服上述缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种含有氨分解制氢催化剂及载体的涂层，包括通过煅烧形成的复合金属氧化物膜载体，及负载在复合金属氧化物膜上的过渡金属催化剂。

现有技术中常把氨分解催化剂和氢气分离的膜材料进行耦合来实现氨分解和氢气分离，将实现氨分解的催化剂与实现氢气分离的膜材料结合在一起，达到实现两个功能的目的。此法在实际应用中最为常见，但存在时间差，实现不同功能的部件在结合上不如一体化的器件紧密，因而氨转化制氢及氢气分离的速率会被放缓。

催化剂与膜材料一体化的难点在于，用以氢气分离的钯膜表面光滑，难以复合上催化剂。

本发明设计了一种含有氨分解制氢催化剂及载体的涂层，旨在设计一种可与氢气分离用膜材料结合的包含氨分解催化剂的涂层。具体为，通过煅烧得到具有缺陷位的复合金属氧化物膜，并将其作为钯膜与过渡金属催化剂之间的过渡层，这些缺陷位可以很好地留住金属，使得过渡金属催化剂与复合金属氧化物膜载体结合紧密，不易脱落。另一方面，复合金属氧化物膜比催化剂更易与钯膜进行结合，且其具有良好的透氢性。

因而该涂层的存在可帮助催化剂分解氨之后生成的氢气更快速地转移到钯膜，促进反应正向进行，提升氨转化率。