[发明专利]一种甲醇重整催化剂及其制备和应用

说明书

本发明提供一种甲醇重整催化剂及其制备和应用，所述甲醇重整催化剂采用静电纺丝技术，选择适宜的纺丝聚合物，添加可溶性铜盐及辅助金属盐前驱体，通过合理控制前驱体盐的添加顺序及浓度，得到透明的纺丝溶液，然后通过静电纺丝法得到聚合物/前驱体盐复合纤维，再经高温焙烧，可制备铜系甲醇重整催化剂。本发明提出的方法简单灵活，并且可以通过调变纺丝溶液中不同前驱体盐，及金属盐比例来调变重整催化剂的组成，制备多样铜系重整催化剂。

技术领域

本发明涉及甲醇重整技术领域，特别涉及一种低温甲醇水蒸气重整催化剂的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是21世纪最有竞争力的高效清洁发电方式之一，但在向商业化迈进的过程中，氢源问题异常突出，氢气供应的设计建设投资巨大，氢气的贮存与运输技术以及氢的现场制备技术等还远落后于PEMFC的发展，氢源问题成为阻碍PEMFC广泛应用与商业化的重要原因之一。

甲醇作为液体燃料，因具有高能量密度，低碳含量，以及运输和贮存等优势成为制氢的理想燃料。甲醇作燃料制取氢气有三种方法：甲醇分解制氢，甲醇水蒸气重整制氢和甲醇催化氧化制氢。由于甲醇水蒸气重整制氢产气中氢气含量高，并且CO含量相对较少，易净化处理，使得甲醇水蒸气重整制氢反应受到广泛关注。

用于甲醇水蒸气重整的催化剂主要有镍系催化剂、铜系催化剂和贵金属催化剂。镍系催化剂稳定性好，适用范围广，但其低温活性不高且选择性差；贵金属催化剂以钯(Pd)系催化剂为主，催化活性高，选择性好，稳定性强；铜系催化剂与贵金属催化剂相比更经济，且选择性和活性也不低，相关研究最多。目前使用的甲醇水蒸气重整制氢催化剂大多采用甲醇合成催化剂，如Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂或在此基础上改性的催化剂，使用温度大都是260～300℃。近年来，研究开发低温甲醇水蒸气重整催化剂得到广泛关注，如果可以将甲醇水蒸气重整的温度降低，则有望将甲醇重整与高温质子交换膜燃料电池相结合实现内部重整。澳大利亚西部大学的Lizhen Gao等人研究报道La₂CuO₄可以在较低温度(150℃)下实现高效的甲醇转化效率(J.Solid State Chem.,2006,179:2044.,J.Solid State Chem.,2008,181:7-13.)，他们借用单臂碳纳米管(SWNTs)做模板，在SWNTs表面水热合成La₂CuO₄，再经高温煅烧除去SWNTs，最后得到La₂CuO₄单晶纳米纤维，在150℃下即可实现100％的甲醇转化率，表明La₂CuO₄纳米纤维甲醇重整催化剂的优势，但此方法需要制备SWNTs模板，再经水热合成，后续还要除去模板，工序有点复杂。

本发明借助静电纺丝技术，提出一种制备纳米纤维状甲醇重整催化剂的方法。静电纺丝技术是一种简便经济的制备纳米纤维材料的方法，通过选择合适的前驱体盐配比，用适宜的载体聚合物溶液，借助静电纺丝技术，可以得到不同组分的纳米纤维状重整催化剂。

发明内容

本发明采用静电纺丝技术，选择适宜的纺丝聚合物，添加可溶性铜盐及辅助金属盐前躯体，通过合理控制前驱体盐的添加顺序及浓度，得到透明的纺丝溶液，然后通过静电纺丝得到聚合物/前驱体盐复合纤维，再经高温焙烧，可制备铜系甲醇重整催化剂。本发明提出的方法简单灵活，并且可以通过调变纺丝溶液中不同前驱体盐，及金属盐比例来调变重整催化剂的组成，制备多样铜系重整催化剂。

一种甲醇重整催化剂的制备方法，包括以下步骤，

(1)静电纺丝聚合物溶液的配制：所述静电纺丝聚合物于所述溶液中的含量为7～15wt％；