[发明专利]一种氢合成催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及甲醇制氢技术领域，具体涉及一种氢合成催化剂及其制备方法，包括如下步骤：(1)取硝酸铜和碱式碳酸锌加入至去离子水中，在超声震荡下，逐渐加入碳酸钠溶液，调节pH值，结束震荡，陈化，过滤，得到沉淀；(2)将沉淀进行洗涤，加入氧化镧进行球磨分散，然后进行洗涤、干燥、焙烧，即得到所述氢合成催化剂。本发明利用一步反向沉淀法和超声震荡技术的结合，超声震荡过程中，可以生成粒径更小比表面积更大的碳酸铜沉淀，并且易于附着在碱式碳酸锌上，相对于普通的一步沉淀法或两部沉淀法，制得的催化剂具有更高的比表面积和Cu分散度；此外，本发明还在沉淀中混入氧化镧，可以提升催化剂的稳定性以及产氢速率。

技术领域

本发明涉及甲醇制氢技术领域，具体涉及一种氢合成催化剂及其制备方法。

背景技术

氢作为理想的化学燃料、能源载体和储能工具，在地球上的储量丰富，燃烧热值高，且燃烧后不产生任何污染，有利于环境保护，故被看作21世纪理想的洁净新能源。

制氢关键技术的诸多环节中，首先必须解决高效催化剂的研制问题。无论从技术的成熟程度、还是从现有的基础设施的可利用程度来看，以化石燃料(包括甲醇、天然气、汽油、柴油等)制氢是现阶段解决小规模分散式氢源的重要途径。液体燃料甲醇由于具有制氢转化条件(温度、压力、容积、质量)相对温和、不含硫、低毒、制氢过程相对容易实现等特点成为这些富氢燃料中的首选。

目前，铜基催化剂应用于甲醇水蒸气重整反应的报道较多，专利申请号为201810320327.5发明专利公开了一种CuO/ZnO/ScO的催化剂，该催化剂具有甲醇转化率高的特点，但是针对催化剂的稳定性和氢气产率并无说明。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种甲醇转化率高、稳定并且氢气产率高的氢合成催化剂及其制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种氢合成催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)取3-6重量份的硝酸铜和36-40重量份的碱式碳酸锌加入至100重量份去离子水中，在超声震荡下，逐渐加入碳酸钠溶液，调节pH值为7.5-8.5，结束震荡，陈化，过滤，得到沉淀；

(2)将沉淀进行洗涤，加入0.5-1重量份氧化镧进行球磨分散，然后进行洗涤、干燥、焙烧，即得到所述氢合成催化剂。

本发明利用一步反向沉淀法和超声震荡技术的结合，超声震荡过程中，可以生成粒径更小比表面积更大的碳酸铜沉淀，并且易于附着在碱式碳酸锌上，相对于普通的一步沉淀法或两部沉淀法，制得的催化剂具有更高的比表面积和Cu分散度；此外，本发明还在沉淀中混入氧化镧，可以提升催化剂的稳定性以及产氢速率。

其中，所述超声震荡的超声波频率为20-40kHz，超声波功率为20-30W。超声波产生的空化效应可以促进碱式碳酸锌的均匀分散以及沉淀的均匀生成，但超声频率或功率过高，空化效应过于剧烈反而会使沉淀不容易附着在碱式碳酸锌上，降低Cu的分散度，因而超声震荡的超声波频率为20-40kHz，超声波功率为20-30W。

其中，所述步骤(1)中，超声震荡的同时保持溶液的温度为60-70℃。保持适合的温度有利于提高催化剂的比表面积，温度为50℃或80℃时，催化剂的比表面积均达不到46.5m²/g。

其中，所述陈化时间为40-80min。通过控制陈化时间，促使沉淀物发生结构重排，从而制得的催化剂具有更高的比表面积和催化活性。

其中，所述碱式碳酸锌的粒径为120-180nm，氧化镧的粒径为200-300nm。碱式碳酸锌的粒径低于120nm时，在本发明的20-40kHz和20-30W的超声条件下仍会发现部分团聚的现象，粒径高于180nm，不利于沉淀在碱式碳酸锌上的均匀附着；而通过控制氧化镧的粒径可以提升其分散性。